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Cervelli in provetta: e se prendessero coscienza?

Dal 19 al 23 Ottobre a Chicago, Illinois, si è tenuto l’incontro annuale della Society for Neuroscience, nota semplicemente come SfN, il più grande meeting sulle neuroscienze nel mondo. Tra le decine di studi presentati, una nuova problematica scuote la comunità scientifica: serve aprire un dibattito etico sul concetto di coscienza in relazione alla sperimentazione sui “cervelli in provetta”.

Di cosa stiamo parlando?

Le nuove tecnologie ci permettono di de-differenziare delle cellule epiteliali in cellule staminali, le quali a loro volta possono essere usate per ottenere altri tipi cellulari.

Questo significa che semplicemente prelevando delle cellule della pelle di un individuo è possibile ottenere cellule del sistema nervoso e farle crescere in coltura. Le cellule ottenute saranno specifiche per la persona in questione perché dotate del suo stesso patrimonio genetico.

Tuttavia, quando si lavora con colture cellulari in “2D” si devono affrontare dei limiti importanti. Queste infatti non potranno mai riprodurre fedelmente l’insieme dei diversi tipi cellulari del sistema nervoso umano o mimarne le interazioni o la complessa connettività.

Mini cervelli

Per ovviare ad alcune di queste problematiche è stata sviluppata una nuova tecnica: gli organoidi. Un organoide è una mini riproduzione in 3D di un organo, o di parte dei tessuti di un organo, che grazie alla sua conformazione tridimensionale riesce a rappresentare i rapporti fisici tra i diversi tessuti che lo costituiscono.

Gli organoidi di cervelli riescono a ricapitolare molte caratteristiche tipiche dello sviluppo del sistema nervoso durante la loro fase di crescita e formazione in vitro.

Come in un cervello durante lo sviluppo embrionale, questi organoidi presentano un’organizzazione cellulare radiale, attorno a dei ventricoli. Si assiste inoltre ad un passaggio da la nascita di neuroni, nelle fasi precosi, a la nascita di cellule gliali, nelle fasi più avanzate dell’organoide; a riflettere il processo di gliogenesi che subentra nel periodo postnatale.

Potenziale

Tutto ciò rende gli organoidi uno strumento eccezionale per studiare quelle malattie o infezioni che colpiscono il sistema nervoso durante le fasi dello sviluppo. Grazie alle loro caratteristiche si può infatti studiarne il comportamento per confrontare il patrimonio genetico di un paziente rispetto a quello di una persona sana, individuando in questo modo il ruolo di determinate componenti genetiche nello sviluppo di certe malattie o malformazioni.
È inoltre possibile indurre delle mutazioni specifiche per poterne valutare il ruolo nel corso dello sviluppo o della formazione dei circuiti neurali.

Un’altra caratteristica importante degli organoidi è la loro capacità di sopravvivere a lungo in laboratorio. Questo fa si che le cellule che li compongono riescano ad acquisire delle caratteristiche tipiche dei neuroni maturi, come le spine dendritiche, che non possono essere studiate nei classici sistemi di colture cellulari in 2D.

Si formano inoltre circuiti neurali complessi e robusti, nonché molteplici tipi cellulari differenti, permettendo di studiare dei processi che era prima impossibile modellizzare.

Limiti

Un problema molto importante degli organoidi è quello della mancanza di vascolarizzazione; di conseguenza l’ossigeno penetra difficilmente nelle parti più interne, le quali sono spesso necrotiche e possono interferire col il normale processo di differenziamento. Un modo per ovviare a questo problema è stato quello di trapiantare questi organoidi in un organismo ospite. Così facendo, venivano innervati dal sistema vascolare locale permettendo loro di svilupparsi ulteriormente ed integrare quei tipi cellulari altrimenti mancanti, come microglia e cellule endoteliali. Chiaramente anche questa tecnica presenta i suoi limiti, legati per esempio alle dimensioni che l’organoide può raggiungere in un organismo ospite e all’elevata difficoltà della tecnica che rende difficile degli studi estensivi su molteplici campioni.

Dove sorge il problema?

Man mano che le tecniche avanzano e la sopravvivenza degli organoidi migliora, questi sviluppano strutture sempre più mature. Sono stati ottenuti circuiti sempre più complessi, in grado di produrre onde cerebrali spontanee, che ricordano quelle registrate nei neonati prematuri. Sono state trovate cellule fotosensibili, simili a quelle della retina, capaci di rispondere a stimoli luminosi esterni.

Ed è qui che nasce il problema. Quanto complessi possono diventare questi organoidi prima di essere capaci di percepire uno stimolo come dolorifico?

Per la comunità scientifica si apre quindi un dibattito importante per stabilire delle linee guida chiare che permettano di valutare il livello di “coscienza” degli organoidi, in modo da definire delle regole etiche al riguardo.

Parlare di mini cervelli senzienti in provetta è un discorso che potrebbe far pensare ad un film di fantascienza e che rimane ancora lontano dalla realtà. Cionondimeno gli scienziati sono consapevoli del potenziale che hanno davanti e il dibattito è aperto per cercare di regolamentare qualsiasi situazione nella quale si sperimenti su un cervello umano senziente.

Bibliografia

  • Farahani N. et al. (2019) The ethics of experimenting with human brain tissue Nature, Comment
  • Mansour A. et al. An in vivo model of functional and vascularized human brain organoids (2018) Nature biothecnology
  • Quadrato et al. The promises and challenges of human brain organoids as models of neuropsychiatric disease (2016) Nature medicine
  • Quadrato et al. Cell diversity and network dynamics in photosensitive human brain organoids (2017) Nature
  • Trujillo C. et al. Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development (2019) Cell Stem Cell

Referenze esterne

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