Investigadores de las Universidad de California-San Diego y de la Universidad de Columbia, en Nueva York (Estados Unidos), han creado el primer animal híbrido del mundo a partir de dos especies distintas. Se trata de ratones con cerebros híbridos, ya que albergan neuronas de rata que se han integrado en el circuito neuronal del ratón de forma funcional. Esto hace que puedan oler el mundo como una rata. Son parte ratón, parte rata.
Es la primera vez que un animal es capaz de utilizar el aparato sensorial de otro para percibir el mundo y responder con precisión a él. Un experimento sorprendente, pero prometedor. Para sus autores, es una muestra de lo flexible que puede ser el cerebro a la hora de integrar células cerebrales ajenas y abre posibilidad a restaurar funciones cerebrales perdidas a causa de las enfermedades y el envejecimiento.
«Esta investigación está empezando a mostrarnos cómo podemos ampliar la flexibilidad de un cerebro para que pueda acomodar otros tipos de entradas, desde interfaces hombre-máquina hasta células madre trasplantadas», afirma Kristin K. Baldwin, la neurocientífica que lideró del experimento. Sus resultados se publican en la revista Cell.
¿Con qué fin? La profesora en el Departamento de Genética y Desarrollo del Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia explica que uno de los mayores retos a la hora de entender y tratar las enfermedades del cerebro humano es que «resulta imposible comprender plenamente estos trastornos con los métodos de investigación actuales».
«Tenemos hermosos modelos de células en placas y cultivos en 3D llamados organoides, y ambos tienen sus ventajas. Pero ninguno de ellos permite determinar si las células funcionan realmente al máximo nivel», afirma Baldwin. La doctora asegura que los cerebros híbridos permitirán a los investigadores comprender mejor cómo enferman o mueren las células cerebrales, así como entender mejor las reglas de reparación y sustitución de partes del cerebro.
«Ahora mismo, los investigadores están trasplantando células madre y neuronas a personas con Parkinson y epilepsia. Pero no sabemos muy bien hasta qué punto funcionará», añade. «Con los modelos de cerebros híbridos, podemos empezar a obtener algunas respuestas y a un ritmo más rápido que un ensayo clínico».
Cómo crearon un cerebro híbrido con neuronas de dos animales
Para crear animales con cerebros híbridos no basta con implantar neuronas de un animal y 'pegarlas' a otro. De hecho, los investigadores ya intentaron crear cerebros híbridos inyectando neuronas o trasplantando organoides cerebrales del tamaño de un guisante de una especie en un cerebro en desarrollo en uno completamente formado, ya sea de ratón o de rata. No funcionó.
«Estos experimentos nos han enseñado que estamos algo limitados en cuanto a cuándo y cómo podemos añadir células cerebrales a un cerebro existente», explica Baldwin. «Si el cerebro se ha desarrollado hasta cierto punto, las células trasplantadas no necesariamente se conectan adecuadamente».
En su lugar, el equipo de Baldwin introdujo células madre de rata en blastocitos de ratón, un estadio del desarrollo previo a la implantación del embrión en el útero. En esta fase, que se produce pocas horas después de la fecundación, las células de rata y ratón pudieron crecer juntas e integrarse por sí solas.
La técnica, denominada complementación de blastocistos, es similar a la empleada para crear ratones con sistema inmunitario humano, que han demostrado ser potentes herramientas de investigación. Pero hasta este estudio, la técnica no había logrado crear cerebros híbridos de dos especies diferentes. «Lo que estamos haciendo es realmente puntero», subraya Baldwin.
Las neuronas de rata devolvieron el sentido del olfato a los ratones
En los primeros experimentos híbridos del equipo, examinaron dónde aparecían las neuronas de rata en el cerebro de ratón. Las ratas se desarrollan a un ritmo más lento y tienen cerebros más grandes que los de los ratones. Sin embargo, en el ratón, las células de rata siguieron las instrucciones del ratón, acelerando su desarrollo y haciendo los mismos tipos de conexiones que sus homólogas de ratón.
«Se podían ver células de rata en casi todo el cerebro del ratón, lo que nos sorprendió bastante», afirma Baldwin. «Esto nos dice que hay pocas barreras a la inserción, lo que sugiere que muchos tipos de neuronas de ratón pueden ser sustituidas por una neurona de rata similar».
A continuación, los investigadores comprobaron si las neuronas de rata se habían integrado en un circuito neuronal funcional. En este caso si formaban parte del sistema olfativo, esencial para que los ratones encuentren comida y eviten a los depredadores. Mediante la ingeniería del embrión de ratón, mataron o inactivaron las propias neuronas olfativas del ratón. De esta manera, los investigadores pudieron determinar fácilmente si las neuronas de rata habían restaurado el sentido del olfato de los animales.
«Escondimos una galleta en cada jaula de ratón, y nos sorprendió mucho ver que podían encontrarla con las neuronas de rata», cuenta la neurocientífica. No obstante, algunos ratones encontraron mejor la galleta que otros. Los investigadores descubrieron que los ratones que conservaban sus propias neuronas olfativas silenciadas tenían menos éxito a la hora de encontrar las galletas escondidas que los ratones cuyas neuronas olfativas habían sido modificadas para que desaparecieran durante el desarrollo.
«Esto sugiere que no basta con añadir neuronas de sustitución», teoriza Baldwin. «Si quieres un reemplazo funcional, puede que necesites vaciar neuronas disfuncionales que están ahí sentadas, lo que podría ser el caso en algunas enfermedades neurodegenerativas y también en algunos trastornos del neurodesarrollo como el autismo y la esquizofrenia».
¿Híbridos de primates... y de humanos?
Con el sistema de cerebros híbridos creado por el equipo de Baldwin, los investigadores pueden ahora utilizar los ratones para diseccionar minuciosamente lo ocurrido en los distintos modelos, lo que con el tiempo podría ayudar a mejorar el éxito de los trasplantes celulares en humanos.
Sin embargo, uno de los inconvenientes del nuevo sistema de cerebro híbrido es que las células de rata se distribuyeron aleatoriamente en cada animal, lo que supone un obstáculo para ampliar estos estudios a otros sistemas sensoriales y neuronales del cerebro. El laboratorio de Baldwin está intentando encontrar formas de hacer que las células insertadas se conviertan en un solo tipo celular, lo que permitiría realizar experimentos más precisos.
Si se puede limitar el desarrollo de las células insertadas en cerebros híbridos, también podría abrirse la puerta a la creación de cerebros híbridos con neuronas de primates. «Esto nos ayudaría a acercarnos aún más a la comprensión de las enfermedades humanas», concluye la doctora.
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