Los seres humanos estamos hechos de miles de millones de células de distintos tipos y que cumplen funciones específicas: células de la piel, células del tejido cerebral, entre otras. Cuando un óvulo es fecundado, comienza a dividirse: primero en dos, luego en cuatro, enseguida ocho, dieciséis, treinta y dos… hasta que después de nueve meses y múltiples divisiones celulares se tiene un bebé. En algún punto de esas divisiones, las células maduran y adquieren identidad, se diferencian unas de otras según los tejidos. Este proceso biológico se creía fundamentalmente irreversible. Pero en 2006, Shinya Yamanaka logró persuadir químicamente a las células maduras, completamente diferenciadas, de la piel de un ratón, para que regresaran a un estadio de célula pluripotente. Es decir, las células dejaron de ser células de la piel y ahora podían ser cualquier otro tipo de célula, perteneciente a un tejido distinto del original. Revertir la programación biológica requirió el uso de cuatro moléculas llamadas factores de transcripción (proteínas especializadas en regular la expresión de genes, por ejemplo, encendiéndolos o apagándolos). Yamanaka recibiría el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2012, abriendo una vía de investigación que promete el uso de células pluripotentes como tratamiento de tejidos afectados por alguna enfermedad: células en lugar de píldoras o cirugía.
El descubrimiento de Yamanaka dotó a los científicos con la posibilidad de obtener cualquier tipo de células, pero era preciso saber dirigirlas químicamente hacia el tipo de tejido deseado. Esto es análogo al juego Plinko, donde se deja caer una ficha desde un extremo del tablero, y su destino final se ve afectado por los múltiples obstáculos presentes en el camino de descenso. Lo mismo sucede con las células pluripotentes: es necesario restringir ciertos obstáculos, activar o desactivar rutas químicas, para que la “ficha” arribe al lugar deseado y se obtenga, de todos los tejidos posibles, aquel que interesa. Una tarea nada trivial.
Sin embargo, de manera casi fortuita, Madeline Lancaster halló una forma de engatusar a las células pluripotentes para convertirlas en células cerebrales. En 2010, Lancaster buscaba un protocolo para crear un arreglo específico de células de ratón y utilizarlo como banco de pruebas. Pero las células tendían a aglomerarse en formas esféricas, sin valor para lo que ella buscaba. Revisando los conglomerados celulares, cayó en la cuenta que estos se asemejaban al tejido cerebral de un ratón en estado embrionario. Y ese fue su momento eureka.
Lancaster elaboró un protocolo que permitió inducir células humanas pluripotentes en células cerebrales. Estas últimas comenzaron a aglomerarse y diferenciarse en un espacio tridimensional: habían nacido los primeros organoides cerebrales o minicerebros. Las sorpresas no se hicieron esperar: los organoides crecieron por más de seis meses (en los ratones, la proliferación se detuvo de manera natural a los nueve días), organizándose en esferas de aproximadamente 4 milímetros de diámetro, desarrollando células sensibles a la luz (una especie primitiva de retinas, por así decirlo) y corticales, las cuales, en el cerebro humano, están involucradas en las funciones cognitivas superiores. Después de nueve meses de crecimiento, Lancaster detectó disparos neuronales al azar en los organoides cerebrales. Estudios posteriores mostraron que la actividad neural dentro de los minicerebros se puede modular a través de la estimulación lumínica o química (por ejemplo, con el uso de glutamato).
Si bien estos resultados crearon la posibilidad de usar los minicerebros como bancos de pruebas con la finalidad de entender enfermedades que aquejan al cerebro humano y probar fármacos in vitro, sin necesidad de someter a los pacientes a cirugías o biopsias –por ejemplo, utilizando los minicerebros se descubrió que un fármaco aprobado contra la hepatitis también protege al tejido cerebral contra el virus Zika, responsable de nacimientos con microcefalia–, el interés científico también se ha movido en otra dirección: aprovechar el poder de procesamiento y la eficiencia energética (el consumo de agua de los minicerebros es insignificante comparado con los grandes centros de datos utilizados por la IA) que la evolución ha perfeccionado durante millones de años, y manipular los organoides cerebrales para crear redes neuronales que puedan resolver problemas, o integrarlos a cerebros de otras especies, como los ratones.
En 2019, Científicos de la Universidad de California, San Diego, estuvieron entre los primeros en explotar el poder de cómputo y procesamiento de señales subyacentes en los organoides cerebrales al conectarlos a un robot en forma de araña con el que intercambian señales. En 2026, Tomoya Duenki y Yoshiho Ikeuchi, de la Universidad de Kioto, Japón, fueron más allá y conectaron racimos de organoides cerebrales en redes de dos, tres y cuatro nodos, bautizándolos como conectoides. Observaron que los conectoides de mayor tamaño exhibían una actividad más rica de señales, mostrando periodos de actividad más prolongados, y un mayor número de disparos neuronales, así como patrones temporales más complejos.
Con una mayor actividad neuronal, el poder de procesamiento también se incrementa, sobre todo si se involucran células corticales. ¿Qué pasaría si se combina el poder de procesamiento dado por la naturaleza con la retroalimentación, es decir, la inclusión de señales que le digan al organoide cerebral si va por buen camino o no en la consecución de un objetivo o tarea? Esto es lo que ha probado un equipo de científicos liderado por Ash Robbins, de la Universidad de California, en Santa Cruz, al “entrenar” un minicerebro para resolver un problema clásico de control automático, el problema del “carro y el péndulo”: inducir una señal sobre el carro para que este se mueva a izquierda y derecha a una velocidad determinada que ayude a mantener el péndulo en posición vertical, algo similar a lo que realizamos al querer mantener verticalmente una escoba sobre la palma de la mano.
Una limitación reportada por el estudio de Robbins es que el entrenamiento del minicerebro desaparece después de 45 minutos de reposo. Sin embargo, esta limitación podría superarse en un futuro inmediato, según un reciente reporte que demuestra que los organoides cultivados por más de cinco años pueden recordar y registrar el paso del tiempo.
Conforme se mejoran y automatizan los protocolos para cultivar organoides cerebrales para hacer que vivan más, sean más grandes y complejos, los aspectos éticos y morales también comienzan a volverse más acuciantes. ¿Qué pasa si la línea celular de una persona fallecida resulta superior en procesamiento de cómputo que otras? ¿Cómo se dirimen las cuestiones legales de consentimiento? Y si una persona se somete a terapia con células madre para lidiar con una afección específica, ¿dónde termina el consentimiento para que sus células pluripotentes no se usen en organoides cerebrales destinados a investigar supercómputo, por ejemplo? O bien, ¿los científicos llegarán a crear un minicerebro cuyos patrones cerebrales se asemejen al del ser humano? ¿Emergerá eventualmente una sombra de conciencia? Hasta el momento, se ha demostrado que la actividad de los minicerebros guarda un parecido con la registrada en bebés prematuros.
Aún se desconoce mucho sobre la formación del cerebro y el florecimiento de la conciencia, pero el caso clínico expuesto por el doctor John Lorben en 1980, de un sujeto que con tan solo el 5% de un cerebro normal había logrado llevar una vida sentimental y profesional normal (incluso con honores en el área de matemáticas), nos obliga a pensar en que debe existir una gran redundancia en el cerebro, y abre la puerta a la búsqueda de arquitecturas cerebrales que favorezcan el poder de procesamiento, tal y como ocurre con las estrategias de entrenamiento de la IA.
Fuente: Letras Libres
