Brain organoids

From Nature

BRAIN  ORGANOIDS

Since 6 years ago (2012), scale projects began to be developed in Europe and USA, to unravel the cerebral functioning, within them: I) The European project: Human Brain Project, with the aim of performing a perfect simulation of the brain in supercomputers. Scheduled to present achievements within 10 years, European governments committed to invest 1200 million euros in the attempt. Through reverse engineering (study of parts of everything, until inferring the original total design) and mathematical models, European scientists waited at the end of the project: modeling drugs, creating high-performance computers and improving robotics and artificial intelligence. Despite some administrative and hierarchical problems (a single scientific view), the project continued, although with many criticisms for not having relevant achievements and being more focused on external aspects (supercomputers), than on  the brain II) In 2013,  started the American Project: Brain (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), with only 100 million dollars of budget, but endowed with a more practical vision,  several scientific visions and being more focused on internal aspects of the brain, achieving in a short time to identify 97 new brain  circuits, correlations between brain function and behavior, new areas of storage of information, interactions between neurons and neural circuits, new methods to analyze brain function (optogenetics) and   creation of new medical neurological devices. Also: III) studies of the connectome (map of interneuronal connections) and: IV) the Mapseq (map of neuronal projections), developed by Anthony Zador. To the above has been added in recent years various studies on: V) brain organoids (small masses of brain tissue), extracted from rodents or humans (neurosurgery of alive patients or shortly after death), maintained in laboratories with the necessary nutrients, being also possible to generate them from stem cells or induced stem cells (from the skin). Currently, it is intended to generate larger organoids, equipping them with blood vessels, although this growth already begins to generate ethical problems. It has been reported that after applying light in a region where cells of the retina coexisted with other brain cells, stimulation with light achieved an organoid response, requiring guides to identify sensations of pleasure, pain or stress.  If signs of consciousness appear in an organoid, it will be necessary to protect its rights. Brain organoids are used to study:  functioning stem cell differentiators, which are self-organized into structures that resemble certain human brain regions, and can be combined with other regions generating brain assembloids that serve to study the formation of neural circuits and cellular interactions between different regions. In vivo, cerebral organoids receive primitive sensory inputs, but ex vivo organoids have no sensory inputs and can not communicate with other brain regions or generate motor outputs. It is possible to manipulate the discharges of specific neurons using optogenetics (light to activate neurons, genetically modified). Transplants are also performed: human cells derived in vitro from stem cells are inserted into animal brains (rodents), while the fetus is developing or after it has been born, generating chimeras. Human glial cells have been transplanted into mice, the same ones that learn best. Human stem cells have been transplanted into pig embryos in early stages, which were then transferred to surrogate (surrogate) sows embryos where they were developed until the first trimester. Human brain organoids have been transplanted into rodents. Thanks to the above, ethical problems continue to grow: ¿is it possible that brain tissue removed from a living person retains some memory? Will have animal-human chimeras, some form of consciousness? If a transplant of this type reverses brain function, will the definition of brain death, change? Who will be responsible for a removed brain organoid? Must we eliminate mice with advanced cognitive ability? Must the entire information from this type of experiments be shared or some parts of the reports be deleted?

ORGANOIDES   CEREBRALES

Desde hace 6 años (2012), se empezaron a desarrollar en Europa y USA proyectos a escala, para desentrañar el funcionamiento cerebral, dentro de ellos: I) Proyecto europeo: Human Brain Project, con la pretencion de realizar una simulación perfecta del cerebro en supercomputadoras. Programado para presentar logros dentro de   10 años, los gobiernos europeos se comprometieron a invertir 1200 millones de euros en el intento. Mediante ingeniería reversa (estudio de partes del todo, hasta inferir el diseño total original) y modelos matemáticos, los científicos europeos esperaban al terminar el proyecto: modelar drogas, crear computadoras de alta performance y mejorar la robotica y la inteligencia artificial. Pese a algunos problemas administrativos y jerárquicos (una sola visión científica), el proyecto continuo, aunque con no pocas criticas por no contar con logros de relevancia y estar mas   focalizado en aspectos externos (supercomputadoras), al cerebro II) El 2013, se inicio el Proyecto americano: Brain (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), con apenas 100 millones de dolares de presupuesto, pero dotada de  una visión mas practica, premunida de  varias visiones científicas  y estar   mas centrada en   aspectos internos del cerebro logrando en poco tiempo  identificar 97 nuevas rutas cerebrales,  correlaciones entre la función cerebral y la conducta, nuevas áreas de  alamacenamiento de la información,  interacciones entre neuronas y circuitos neurales,  nuevos métodos para analizar la función cerebral (optogenetica) y  creación de nuevos dispositivos neurológicos médicos.    Tambien: III) estudios del conectoma (mapa de conexiones interneuronales) y: IV) el Mapseq (mapa de proyecciones neuronales, desarrollado por Anthony Zador). A lo anterior se ha agregado en los últimos años diversos estudios sobre: V) Organoides cerebrales (pequeñas masas de tejido cerebral), extraidas de roedores o humanos (neurocirujia de pacientes vivos o poco después de la muerte), mantenidas en laboratorios con   nutrientes necesarios, siendo también   posible generarlos a partir de    células madre o células madre inducidas, de la piel. Actualmente, se intenta generar organoides de mayor tamaño, dotándolos de vasos sanguíneos, aunque este crecimiento empiece ya a generar   problemas éticos.  Se ha reportado que después de aplicar[VZMM1] [VZMM2]  luz en una región donde células de la retina, coexistían con otras cerebrales, la estimulación con la luz lograba una respuesta del organoide, necesitándose guias para identificar sensaciones de placer, dolor o estrés; si aparecen signos de conciencia en un organoide, será necesario proteger sus derechos. Los organoides cerebrales son usados para estudiar el funcionamiento cerebral y   enfermedades neurológicas y mentales (autismo, zika, esquizofrenia).    Para generar organoides a partir de células madre se emplean factores de señales y diferenciadores de células madre, las mismas que se autorganizan en estructuras que semejan ciertas regiones cerebrales humanas, pudiendo combinarse con otras regiones generando brain assembloids que sirven para estudiar la formación de circuitos neurales e interacciones celulares entre diferentes regiones. Los organoides cerebrales in vivo reciben input sensorial primitivos, empero los organoides ex vivo no tienen inputs sensoriales y no pueden comunicarse con otras regiones cerebrales o generar outputs motores. Es posible manipular las descargas de neuronas especificas usando optogenetica (luz para activar neuronas, genéticamente modificadas). Tambien se realizan trasplantes:  células humanas derivadas in vitro de células madre son insertadas al interior de cerebros animales (roedores), mientras el feto esta desarrollándose o después que ha nacido generándose quimeras.  Se ha trasplantado células gliales humanas a ratones, los mismos que aprenden mejor. Se han trasplantado células madre humanas a embriones de cerdo en primeros estadios, que luego fueron    transferidos a embriones de cerdas surrogadas (sustitutas) donde se desarrollaron hasta el primer trimestre. Se han transplantado organoides cerebrales humanos a roedores. Merced a lo anterior, los problemas éticos continúan creciendo: ¿es posible que el tejido cerebral removido de una persona viva retenga algo de memoria? Tendran las quimeras animal-humano, alguna forma de conciencia?  ¿Si un trasplante de este tipo revierte la función cerebral, cambiara la definición de muerte cerebral? ¿Quien será el responsable de un organoide cerebral eliminado? ¿Eliminaremos a ratones con avanzada capacidad cognitiva? ¿Se compartirá la totalidad de la información de este tipo de experimentos o algunas partes de los informes, serán eliminados?

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