Organoidi di cervello rispondono a stimoli visivi

Gli organoidi di cervello umano, agglomerati di cellule che ricordano nella struttura piccole repliche della corteccia cerebrale, sono in grado di creare connessioni con un cervello “reale” di topo e di rispondere a stimoli visivi: la scoperta dell’Università della California a San Diego è stata pubblicata su Nature Communications.

Queste strutture ottenute in laboratorio a scopo di ricerca erano già state osservate produrre una propria attività neurale, ma è la prima volta che le si vede connettersi a neuroni veri e propri per partecipare a una reazione a un input esterno. 

Finalmente in azione. Gli organoidi di cervello derivano da cellule staminali pluripotenti indotte (capaci di differenziarsi in quasi tutti i tipi di cellule dell’organismo), a loro volta ottenute dalla pelle. Questi mucchietti di cellule neurali si usano per studiare lo sviluppo del cervello umano e per comprendere le cause di molte malattie neurologiche.

Mai prima d’ora era però stato possibile osservare nel dettaglio che cosa succede quando gli organoidi vengono trapiantati in cervelli di topo, e si ritrovano a interagire con un organismo vivente. Il problema era soprattutto di natura tecnica: gli elettrodi usati per questo tipo di studi non erano abbastanza sottili per cogliere le differenze tra il tessuto impiantato e quello originale.

Risposta coordinata. Un gruppo di neuroscienziati e ingegneri dell’ateneo statunitense ha ovviato al problema usando microelettrodi in grafene trasparenti e una tecnica di visualizzazione – la microscopia a due fotoni – capace di mostrare tessuti viventi fino a una profondità di circa un millimetro.

Quando ai topi è stato presentato uno stimolo visivo (con un Led a luce bianca), gli elettrodi impiantati sopra agli organoidi sono riusciti a misurare l’attività neurale di queste cellule e dei neuroni di topo in modo simultaneo. Rivelando che reagivano alla luce allo stesso modo. «Lo stimolo visivo evoca risposte elettrofisiologiche negli organoidi, che corrispondono alle risposte della corteccia circostante», spiega Madison Wilson, primo autore dello studio.

Un tutt’uno con l’ospite. Questo per la parte “elettrochimica”; l’analisi ottica con la microscopia a due fotoni ha mostrato invece che i vasi sanguigni dei topi erano cresciuti, espandendosi, anche dentro agli organoidi stessi, fornendo loro i nutrienti e l’ossigeno necessari a funzionare (elementi che invece mancano in provetta).

Nel complesso, si può dire che gli organoidi avevano stabilito connessioni cerebrali – sinapsi – con la corteccia del topo già dopo tre settimane dall’impianto.

Gli scienziati hanno continuato a testare il cervello “ibrido” ottenuto per 11 settimane: l’integrazione anche funzionale tra i due tessuti si è mantenuta per tutto questo tempo.

Ma a che cosa serve? Il prossimo passo sarà studiare queste connessioni ancora più a lungo, per avere un modello più attendibile di come si sviluppano certe patologie neurologiche. Secondo gli autori dello studio, tecniche di questo tipo potrebbero servire per studiare più dettagliatamente le malattie del cervello, in condizioni simili a quelle fisiologiche.