Minicervells de laboratori per entendre què ens fa humans

El cervell és probablement la característica més distintiva dels humans, el que ens diferencia sobretot de la resta d’animals. És tres cops més gran que el dels nostres parents propers, els ximpanzés, consumeix el doble d’energia en estat de repòs que el dels altres primats i les seves capacitats són úniques. Encara no entenem què fa que el cervell humà sigui tan especial, malgrat els anys que portem estudiant-lo. Recentment, una eina nova ens permet entendre’l millor: els minicervells cultivats al laboratori. En experiments recents s’han pogut mantenir vius durant més d’un any, veure que evolucionen d’una manera semblant al cervell d’un nadó i descobrir alguns gens que el fan com és.

Els organoides (o miniòrgans) són unes petites estructures tridimensionals, normalment creades amb cèl·lules mare, que es comporten de manera semblant a un òrgan del cos humà. S’ha aconseguit que desenvolupin estructures i funcions pròpies del fetge, ronyons, pàncrees, pulmons i pràcticament qualsevol òrgan principal. Els primers organoides es van crear a principis d’aquest segle, però no va ser fins fa una dècada que realment es van convertir en models útils per estudiar malalties i també el funcionament normal dels teixits.

Uns dels organoides que més interès han despertat són els que imiten el cervell. Si es posen cèl·lules mare en un plat de cultiu i se’ls donen els nutrients adequats es converteixen en neurones, que ràpidament es connecten entre si per formar una esfera microscòpica, una mena de minicervell primitiu semblant al que tenen els embrions als estadis més inicials. Això ha permès entendre millor com es desenvolupa el cervell al principi. Però malgrat que aquests organoides presenten estructures que recorden parts del cervell, no van més enllà de fases primerenques.

Un any de minicervells

Científics de les universitats de Stanford i de Califòrnia van publicar fa algunes setmanes a la revista Nature Neuroscience un article en què descrivien minicervells que s’han mantingut vius al laboratori durant més d’un any. Al llarg d’aquest temps els investigadors van anar analitzant quins gens s’activaven i desactivaven en les cèl·lules dels organoides, i van comparar-ho amb les bases de dades que contenen informació sobre l’estat dels gens en cervells humans d’edats diferents. La sorpresa va ser que, després d’uns nou mesos de cultiu, els minicervells canviaven el patró d’activació genètica, que passava de ser com el d’un embrió a assemblar-se més al cervell d’un nadó. A més, apareixien variants de proteïnes que només es veuen després del part, com la d’un receptor anomenat NMDA. Els organoides, doncs, maduraven d’una manera semblant a l’òrgan real.

Cal destacar que, malgrat aquests canvis, encara els falta molt perquè es comportin de manera semblant a un cervell. Per exemple, l’activitat elèctrica és diferent, cosa que suggereix que les neurones en cultiu encara no són capaces de funcions superiors, com les que caldria per percebre informació, processar-la, transmetre-la o fins i tot pensar. És possible que els minicervells no arribin mai a aquest nivell, que requeriria estructures més complexes formades per milers de cèl·lules, incloent-hi vasos sanguinis. De tota manera, aquests minicervells més madurs permeten fer experiments que abans eren impossibles, com estudiar els processos genètics associats amb l’autisme, l’esquizofrènia, l’epilèpsia i la malaltia de l’Alzheimer, entre altres trastorns, que només es fan evidents després del naixement.

En un experiment, publicat a la revista Cell al març, científics del Laboratori de Biologia Molecular de Cambridge van estudiar què feia que el cervell humà fos més voluminós del que correspondria a la nostra espècie. Van fabricar minicervells amb cèl·lules d’humans, de ximpanzés i de goril·les, i van comparar-ne els gens que s’activaven. Per començar, els organoides humans eren més grans que els altres, tal com es podria esperar. La raó era que unes cèl·lules anomenades progenitores neurals, que amb el temps es converteixen en neurones, es multiplicaven més de pressa. La causa d’això era que un gen anomenat Zeb2 s’activava més tard en les cèl·lules humanes. Quan es manipulava aquest gen per fer que també s’activés tard en els organoides de ximpanzé o de goril·la, llavors els seus minicervells es feien més grans. I al revés: si s’activava abans en els humans, s’acabaven assemblant als minicervells dels altres primats.

Aquests experiments ens permeten entendre cada cop millor com es forma el cervell humà i què el diferencia del dels nostres parents propers. I també dels antecessors: en un experiment, publicat a la revista Science al febrer, es va introduir un gen de neandertal, anomenat NOVA1, en un minicervell humà i es va veure que es formaven organoides més petits. Tot això permet anar identificant els gens que són responsables de les característiques úniques del nostre cervell i que, d’alguna manera, determinen què vol dir ser humà.

Salvador Macip és investigador de la Universitat de Leicester i la UOC