cellule staminali di ratto ripristinano i circuiti cerebrali nei topi

I gruppi di ricerca hanno rigenerato con successo i circuiti cerebrali dei topi utilizzando cellule staminali di ratto, presentando un nuovo metodo per ripristinare la funzione cerebrale e studiare lo sviluppo del cervello tra specie diverse.

Questi risultati aprono possibilità per il trattamento delle malattie neurologiche e per la comprensione dell’evoluzione del cervello, suggerendo al contempo future applicazioni cliniche e le sfide etiche legate all’utilizzo di tecniche simili per il trapianto di organi umani.

Gli scienziati rigenerano i percorsi neurali dei topi con cellule di ratto

Due gruppi di ricerca indipendenti sono riusciti a ripristinare con successo i circuiti cerebrali nei topi utilizzando neuroni derivati ​​da cellule staminali di ratto. Recentemente pubblicato sulla rivista CelluleQuesti studi forniscono importanti informazioni sullo sviluppo del tessuto cerebrale e aprono nuove possibilità per ringiovanire le funzioni cerebrali perse a causa della malattia e dell’invecchiamento.

“Questa ricerca aiuta a dimostrare la potenziale flessibilità del cervello nell’utilizzo di circuiti neurali sintetici per ripristinare la funzione cerebrale”, afferma Kristin Baldwin, professoressa presso Università della Columbia a New York e corrispondente autore di uno dei due articoli. Il team di Baldwin ha ripristinato i circuiti neurali olfattivi del topo, i neuroni interconnessi nel cervello responsabili dell’olfatto, e la loro funzione utilizzando cellule staminali di ratto.

Ingegneria genetica interspecie e sue implicazioni

“Essere in grado di generare tessuto cerebrale da a specie all’interno di un altro può aiutarci a comprendere lo sviluppo e l’evoluzione del cervello in specie diverse”, afferma Jun Wu, professore associato presso il Southwestern Medical Center dell’Università del Texas a Dallas e autore corrispondente dell’altro articolo. Il team di Wu ha sviluppato una piattaforma basata su CRISPR in grado di identificare in modo efficiente geni specifici che guidano lo sviluppo di tessuti specifici. Hanno testato la piattaforma silenziando un gene necessario per lo sviluppo del prosencefalo nei topi, quindi ripristinando il tessuto utilizzando cellule staminali di ratto.

Topi e ratti sono due specie distinte che si sono evolute indipendentemente per circa 20-30 milioni di anni. In esperimenti precedenti, gli scienziati erano riusciti a sostituire il pancreas nei topi utilizzando cellule staminali di ratto attraverso un processo chiamato complementazione della blastocisti. Per far funzionare questo processo, i ricercatori iniettano cellule staminali di ratto in blastocisti di topo – embrioni allo stadio iniziale – che non hanno la capacità di sviluppare un pancreas a causa di mutazioni genetiche. Le cellule staminali del ratto sono poi cresciute fino a formare il pancreas mancante e hanno completato la sua funzione.

Scoperte nella rigenerazione del tessuto cerebrale

Ma, ad oggi, non è stata segnalata la generazione di tessuto cerebrale utilizzando cellule staminali di una specie diversa mediante complementazione di blastocisti. Ora, utilizzando CRISPR, il team di Wu ha testato sette geni diversi e ha scoperto l’inattivazione Esa1 potrebbe generare in modo affidabile topi privi di cervello anteriore. Il team ha poi iniettato cellule staminali di ratto nelle blastocisti Esadecimale1 topi knockout e cellule di ratto riempivano la nicchia per formare un cervello anteriore nei topi. I ratti hanno cervelli più grandi dei topi, ma il loro cervello anteriore cresce alla stessa velocità e dimensione di quello dei topi. Inoltre, i neuroni dei ratti erano in grado di trasmettere segnali ai neuroni dei topi vicini e viceversa.

I ricercatori non hanno testato se le cellule staminali del proencefalo dei ratti modificassero il comportamento dei topi. “Non esistono test comportamentali efficaci per distinguere i ratti dai topi”, afferma Wu, “ma dalla nostra esperienza sembra che questi topi con prosencefalo di ratto non si comportino in alcun modo insolito. »

Applicazioni avanzate e prospettive future

Nell’altro studio, il team di Baldwin ha utilizzato geni specifici per uccidere o silenziare i neuroni sensoriali olfattivi del topo utilizzati per l’olfatto e ha iniettato cellule staminali di ratto negli embrioni di topo. Il modello di silenziamento imita ciò che si osserva nei disturbi dello sviluppo neurologico, in cui alcuni neuroni non riescono a comunicare bene con il cervello. Il modello di distruzione ha rimosso completamente i neuroni, simulando così malattie degenerative.

Hanno scoperto che la complementazione della blastocisti ripristinava i circuiti neurali olfattivi del topo in modo diverso a seconda del modello. Quando i neuroni dei topi erano presenti ma silenziosi, i neuroni dei ratti hanno contribuito a formare regioni cerebrali meglio organizzate rispetto al modello di distruzione. Tuttavia, quando il team ha testato queste chimere ratto-topo addestrandole a trovare un biscotto nascosto sepolto in una gabbia, i neuroni del ratto sono stati i migliori nel salvare i comportamenti del modello di uccisione.

“Questo risultato davvero sorprendente ci consente di esaminare le differenze tra questi due modelli di malattia e provare a identificare i meccanismi che potrebbero aiutare a ripristinare la funzione in entrambi i tipi di malattia cerebrale”, spiega Baldwin. Il suo team ha anche testato la complementazione della blastocisti in modelli di malattie murine utilizzando cellule di topi con sistemi olfattivi normali. Hanno dimostrato che la complementazione intraspecifica ha salvato la scoperta dei cookie in entrambi i modelli.

Esplorare le frontiere della scienza medica

“Attualmente, le persone ricevono trapianti di neuroni derivati ​​da cellule staminali per curare il morbo di Parkinson e l’epilessia negli studi clinici. Quanto bene funzionerà? E i diversi background genetici tra il paziente e le cellule trapiantate costituiranno una barriera? Questo studio fornisce un sistema in cui possiamo valutare le possibilità di complementazione cerebrale della stessa specie su una scala molto più ampia rispetto a una sperimentazione clinica”, afferma Baldwin.

La complementazione della blastocisti è ancora lontana dall’applicazione clinica negli esseri umani, ma entrambi gli studi suggeriscono che le cellule staminali di specie diverse possono sincronizzare il loro sviluppo con il cervello dell’ospite.

Gli scienziati hanno anche sperimentato la crescita di organi umani in altre specie, come i maiali, utilizzando la complementazione della blastocisti. L’anno scorso, gli scienziati hanno generato reni embrionali da cellule staminali umane di maiali, offrendo una potenziale soluzione per le numerose persone in attesa di trapianto.

“La nostra aspirazione è arricchire gli organi di maiale con una certa percentuale di cellule umane, con l’obiettivo di migliorare i risultati per i riceventi di organi. Ma al momento dobbiamo ancora superare molte sfide tecniche ed etiche prima di poterlo testare negli studi clinici”, afferma Wu.

Oltre alle implicazioni mediche di questi studi, i team vogliono utilizzare questo approccio anche per studiare il cervello di molti roditori selvatici che non erano accessibili in laboratorio.

“Ci sono più di 2.000 specie di roditori che vivono nel mondo. Molti di loro si comportano diversamente dai roditori che solitamente studiamo in laboratorio. La complementazione tra specie di blastocisti neuronali può potenzialmente aprire la porta allo studio di come il cervello di queste specie si sviluppa, si evolve e funziona», afferma Wu.

Per saperne di più su questa ricerca, vedere I topi modificati con neuroni di ratto mostrano abilità sensoriali avanzate.