In un laboratorio in California, negli Stati Uniti, i topi corrono nelle loro gabbie, come fanno i topi. Ma nel loro cervello ci sono milioni di neuroni umani funzionanti.
I ricercatori dell’Università di Stanford hanno impiantato cellule umane coltivate in laboratorio in topi geneticamente modificati per essere privi di parti del cervello, inclusa la corteccia cerebrale, la regione esterna che svolge un ruolo importante nella percezione, nel movimento, nel processo decisionale e nell’attenzione.
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Secondo uno studio pubblicato su Nature, questi cosiddetti “topi corticali alieni” potrebbero offrire un nuovo modo di studiare i circuiti neurali e i disturbi cerebrali come la schizofrenia, la paralisi cerebrale e la demenza.
Mettere il tessuto cerebrale umano all’interno di un animale sembra qualcosa uscito da Frankenstein di Mary Shelley, ma quanto sono “umani” questi topi, davvero? E cosa hanno scoperto i ricercatori?
Ecco cosa sappiamo
Come ha funzionato l’esperimento?
I ricercatori hanno modificato geneticamente i topi in modo che nascessero e crescessero senza la maggior parte della corteccia cerebrale e del vicino ippocampo, necessari per il movimento, l’apprendimento e la memoria.
Quando gli animali avevano due giorni, i ricercatori hanno iniettato “organoidi” umani negli spazi vuoti. Gli organoidi sono masse in miniatura di cellule coltivate in laboratorio da cellule staminali o tessuto tumorale che imitano i veri organi umani. Ciascuno è stato coltivato da cellule staminali di donatori sani e contiene circa 100.000 cellule umane.
Nel complesso, i ricercatori hanno rimosso circa 14 milioni di neuroni murini e ne hanno aggiunti circa 4 milioni umani.
Non si tratta di un trapianto di cervello e gli animali non sono “topi che pensano come gli esseri umani”, hanno sottolineato i ricercatori.
Hanno provato i trapianti su 29 topi e su 25 di loro ha funzionato.
Cosa è successo ai topi?
Nel giro di tre mesi, il tessuto umano era cresciuto circa cinque volte più grande all’interno del cervello dei topi, era collegato al loro apporto sanguigno e riempiva più del 90% delle cavità.
I topi “corteccia aliena” camminavano e vocalizzavano per lo più normalmente, anche se il tessuto umano costituiva circa la metà del volume del loro cervello.
In un test nel labirinto, tuttavia, i topi senza il tessuto umano impiantato continuavano a perdersi, mentre quelli con cellule umane hanno fatto meglio, suggerendo che il tessuto umano ha contribuito alla cognizione.
Inaspettatamente, parte del tessuto si è sviluppato nei neuroni di von Economo, che sono cellule lunghe e rare normalmente assenti nei topi e quasi impossibili da produrre in laboratorio. Si trovano in animali altamente sociali come gli esseri umani, le scimmie, le balene e gli elefanti.
L’esperimento potrebbe anche aiutare a spiegare la paralisi cerebrale.
Mentre i neonati umani possono soffrire di privazione di ossigeno a causa di complicazioni più frequenti durante un parto molto più lungo e complicato, i neonati di topo lo soffrono raramente, il che ha reso la condizione difficile da studiare nei roditori.
Quando i topi modificati in questo caso sono stati esposti a un basso livello di ossigeno, hanno mostrato danni cerebrali, un’andatura alterata e una scarsa coordinazione degli arti.
Perché mettere i neuroni umani in un topo?
Le malattie del cervello umano sono tra le condizioni più difficili da studiare. Il cervello contiene circa 86 miliardi di cellule nervose collegate da trilioni di connessioni. Le barriere etiche e di sicurezza, insieme all’elevata complessità biologica del cervello, limitano l’accesso al tessuto cerebrale umano vivente.
Gli scienziati hanno invece passato anni a coltivare “organoidi”: piccoli gruppi di cellule nervose umane coltivate in laboratorio. Ma non sono cervelli in un piatto. Mancano delle connessioni, degli input e dell’ambiente di un cervello vivente.
Sergiu Pasca, autore senior del documento di ricerca e professore di psichiatria e scienze comportamentali presso l’Università di Stanford, ha affermato che questo ha il potenziale per fornire ai ricercatori una visione senza precedenti del cervello umano.
“Negli ultimi vent’anni si è cercato di costruire modelli del cervello umano al di fuori del corpo umano”, ha detto.
“Questo non sostituirà tutti i modelli che avevamo prima, ma ci fornirà l’accesso ad altri aspetti della funzione del cervello umano che sarebbe molto difficile studiare altrimenti.”
Quali sono le preoccupazioni etiche?
Con l’avanzare della ricerca sugli organoidi cerebrali, anche la richiesta di normative e controlli chiari, date le delicate questioni etiche sollevate da queste tecnologie.
Queste domande si concentrano sulla possibilità che gruppi cellulari e cervelli cresciuti al di fuori dei corpi dei loro proprietari possiedano la capacità di sensazione o coscienza, e se ciò possa essere verificato scientificamente.
I ricercatori hanno interrotto gli esperimenti quando le cellule nervose umane impiantate nel cervello dei topi avevano sei mesi, prima che potessero formare più connessioni neurali con il cervello degli animali e prima che apparisse qualsiasi segno di coscienza.
John Evans, professore di sociologia presso l’Università della California, San Diego, che non è stato coinvolto nello studio, ha affermato che questo esperimento di per sé non solleva importanti questioni etiche, ma fornisce la prova che potrebbero essere creati altri animali che potrebbero sollevare preoccupazioni etiche più serie.
Stabilire confini chiari per questa ricerca rimane una sfida.
Secondo Evans, il problema risiede nella mancanza di chiari punti di arresto nel percorso graduale che la ricerca potrebbe intraprendere dai topi ai primati non umani.
Di conseguenza, ha suggerito che i ricercatori non dovrebbero andare oltre i roditori per il momento, per evitare di creare organismi neuroibridi che combinano caratteristiche umane e animali e potrebbero provocare una controversia etica.
