La creazione di animali (o persone) ibridi composti da parti di specie diverse sembra uno scenario dell'orrore fantascientifico, ma i ricercatori guidati dalla professoressa di genetica Kristin Baldwin dell'American Columbia University lo hanno trasformato in realtà, anche se per ora solo allo stato attuale livello dei neuroni.

Hanno creato topi con cervelli ibridi, in parte topo e in parte ratto, che percepiscono gli odori utilizzando i neuroni del ratto.

Questa è la prima volta che un animale è in grado di utilizzare l'apparato sensoriale di qualcun altro per percepire e rispondere con precisione al mondo, ed è un'indicazione di quanto flessibile possa essere il cervello nell'integrare le cellule cerebrali esterne.

"Questa ricerca inizia a mostrarci come possiamo espandere la flessibilità del cervello in modo che possa accettare altri tipi di input, dalle interfacce uomo-macchina o dalle cellule staminali trapiantate", afferma Baldwin.

Una delle maggiori sfide nella comprensione e nel trattamento delle malattie del cervello umano è che è impossibile comprendere appieno questi disturbi con gli attuali metodi di ricerca. "Abbiamo bellissimi modelli di cellule in piastre e colture 3D chiamate organoidi, ed entrambi hanno i loro vantaggi", afferma Baldwin, "ma nessuno dei due consente di determinare se le cellule funzionano davvero al massimo livello".

I cervelli ibridi consentiranno ai ricercatori di comprendere meglio come le cellule cerebrali si ammalano o muoiono e di comprendere meglio le regole per riparare e sostituire parti del cervello.

Il team ha introdotto cellule staminali di ratto nelle blastocisti di topo, uno stadio iniziale di sviluppo che si verifica poche ore dopo la fecondazione, in modo che le cellule di ratto e di topo potessero crescere insieme e autointegrarsi.

La tecnica, chiamata complementazione della blastocisti, è simile alla tecnica utilizzata per creare topi con sistema immunitario umano, che si sono rivelati potenti strumenti di ricerca. Ma fino a questo studio, la tecnica non era riuscita a creare cervelli ibridi di due specie diverse.

Nei primi esperimenti ibridi, i ricercatori hanno esaminato dove compaiono i neuroni dei ratti nel cervello dei topi. I ratti si sviluppano più lentamente e hanno cervelli più grandi, ma nel topo le cellule del ratto hanno seguito le "istruzioni" del topo, accelerando il loro sviluppo e creando lo stesso tipo di connessioni delle loro controparti del topo.

I ricercatori hanno poi esaminato se i neuroni dei ratti fossero integrati in un circuito neurale funzionale, in questo caso parte del sistema olfattivo, che è fondamentale per i topi per trovare cibo ed evitare i predatori. Progettando un embrione di topo per uccidere o disattivare i propri neuroni olfattivi, i ricercatori sono stati in grado di determinare facilmente se i neuroni del ratto ripristinavano il senso dell'olfatto degli animali.

"Abbiamo nascosto un biscotto in ogni gabbia di topo e siamo rimasti molto sorpresi nel vedere che potevano trovarlo con i neuroni dei ratti", afferma Baldwin.

Tuttavia, alcuni topi erano più bravi di altri a trovare i biscotti. I ricercatori hanno scoperto che i topi che mantenevano i propri neuroni olfattivi silenziati avevano meno successo nel trovare i biscotti nascosti rispetto ai topi i cui neuroni olfattivi erano stati progettati per scomparire durante lo sviluppo. "Ciò suggerisce che l'aggiunta di neuroni sostitutivi non è plug and play", afferma Baldwin. "Se si desidera una sostituzione funzionale, potrebbe essere necessario svuotare i neuroni disfunzionali che restano lì, come potrebbe accadere in alcune malattie neurodegenerative e anche in alcuni disturbi dello sviluppo neurologico come l'autismo e la schizofrenia."

Con il sistema cerebrale ibrido, i ricercatori possono ora utilizzare i topi per analizzare attentamente ciò che è accaduto in diversi modelli, il che potrebbe in definitiva contribuire a migliorare il successo dei trapianti di cellule umane.

Uno svantaggio del nuovo sistema cerebrale ibrido è che le cellule del ratto erano distribuite casualmente in ciascun animale, il che rappresenta un ostacolo nell’estendere questi studi ad altri sistemi sensoriali e neurali nel cervello.

Il laboratorio sta attualmente cercando di trovare modi per indurre le cellule inserite a svilupparsi in un solo tipo di cellula, il che potrebbe consentire una sperimentazione più precisa. Se si riuscisse a impedire lo sviluppo delle cellule inserite all’interno dei cervelli ibridi, ciò potrebbe anche aprire la porta alla creazione di cervelli ibridi con neuroni di primati. "Ci aiuterebbe ad avvicinarci ancora di più alla comprensione delle malattie umane", afferma Baldwin.