Mini-cervello in provetta ha l'attività neurale di un feto

Produce onde cerebrali

Mini-cervello in provetta ha l'attività neurale di un feto

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L'organoide servirà per comprendere il normale sviluppo neurologico umano e le malattie cerebrali, per testare nuovi farmaci e - perché no? - per aiutare a perfezionare l'intelligenza artificiale.
di redazione

Cervelli in miniatura, un milione di volte più piccoli rispetto a quelli umani  capaci di generare onde cerebrali simili a quelle che si osservano in un neonato pre-termine. È il nuovo sorprendente capitolo di quella branca della biomedicina dedicata alla costruzione in laboratorio di copie “bonsai” degli organi umani. Noti come mini-organi o organoidi, questi microscopici sosia degli originali generati da cellule staminali mimano alla perfezione l’attività degli organi umani diventando uno strumento prezioso per la comprensione di patologie e per lo sviluppo di nuovo farmaci. Dai laboratori di bioingegneria sono usciti finora cuore, fegato, cornea, stomaco, cartilagine. È la prima volta che si riesce ad ottenere un cervello con connessioni neurali attive. 

Questo nuovo organoide descritto sulla rivista Cell Stem Cell aiuterà gli scienziati a comprendere meglio il funzionamento del cervello nelle sue fasi di sviluppo.

«Il livello di attività neurale che stiamo osservando non ha precedenti in vitro. Siamo un passo più vicini alla realizzazione di un modello capace effettivamente generare queste prime fasi di una sofisticata rete neurale», ha dichiarato Alysson Muotri, biologo dell’Università di California San Diego, a capo dello studio.

Il mini-cervello, di dimensioni inferiori a quelle di un fagiolo, è stato ottenuto da cellule staminali pluripotenti umane che, una volta inserite in una cultura che mima l’ambiente nel quale si sviluppo il cervello umano, hanno iniziato a differenziarsi in vari tipi di cellule cerebrali organizzandosi in una struttura tridimensionale somigliante a quella del cervello umano. La novità rispetto ai tentativi precedenti è che questa volta si sono sviluppate connessioni tra neuroni un fenomeno alla base del funzionamento del cervello. I primi segnali di attività neurale sono apparsi dopo due mesi di “allevamento” di organoidi in laboratorio. All’inizio erano quasi impercettibili e monotoni, proprio come quelli delle prime fasi di sviluppo del cervello nel feto, ma mano a mano che gli organoidi crescevano i segnali diventavano più nitidi e differenziati, il che dimostrava la formazione di vere e proprie reti neurali con un complesso intreccio di sinapsi, come avviene nel cervello umano nelle prime fasi dello sviluppo. 

Per confrontare l’attività dell’organoide con quella dell’organo originale, i ricercatori hanno “istruito” un algoritmo di apprendimento automatico a riconoscere le onde cerebrali dopo essersi “addestrato” registrando i segnali neurali di 39 bambini prematuri tra i sei e i nove mesi e mezzo di età.  L'algoritmo è stato in grado di attribuire la giusta età agli organoidi, riconoscendo il numero di settimane di vita in coltura, il che suggerisce che questi organoidi ripercorrono lo stesso processo di sviluppo del cervello umano. 

Le similitudini però si fermano qui. Gli organoidi, almeno per ora, non pensano, non ragionano, non ricordano, non sognano. Insomma non hanno nessuna attività mentale. «L’organoide è ancora un modello molto rudimentale - privo di altre parti e strutture del cervello. Quindi queste onde cerebrali potrebbero non avere nulla a che fare con le attività nel cervello reale. Potrebbe essere che in futuro riusciremo a realizzare qualcosa di molto vicino ai segnali del cervello umano che controllano comportamenti, pensieri o memoria», afferma Muotri. 

A cosa serve quindi l’organoide cerebrale? Sono gli stessi suoi artefici a spiegarlo: «Per diverse cose, tra cui la comprensione del normale sviluppo neurologico umano, la modellizzazione delle malattie, l'evoluzione del cervello, lo screening dei farmaci e persino aiutare a perfezionare l'intelligenza artificiale».