Mini "cerebros" de humanos y simios cultivados en laboratorio revelan por qué uno de ellos se hizo mucho más grande

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Utilizando minicerebros cultivados en laboratorio, los científicos han descubierto por qué los humanos tienen cerebros más grandes que los de los simios.

Hace entre 5 y 8 millones de años, los humanos y los simios se separaron de un ancestro común. Algún tiempo después, los humanos empezaron a evolucionar para tener cerebros más grandes; ahora los cerebros humanos son unas tres veces más grandes que los de los chimpancés, nuestros parientes vivos más cercanos.

Si se pregunta "qué tienen de especial nuestros cerebros", en comparación con los de otros simios, la respuesta más obvia es el tamaño, afirma la autora principal, Silvia Benito-Kwiecinski, investigadora postdoctoral del Laboratorio de Biología Molecular del MRC, en el Reino Unido. "Ha habido una fuerte selección de cerebros más grandes, por lo que parece que nuestros cerebros más grandes tienen algo que ver con nuestras capacidades cognitivas únicas".

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Entre hace 2,6 millones y 11.700 años, el cerebro humano experimentó un gran crecimiento, duplicando su tamaño, según informó anteriormente Live Science. Debido a la falta de registros fósiles que se remontan a la época de la expansión del cerebro humano, los científicos no pueden descifrar fácilmente lo que llevó a los seres humanos a tener cerebros más grandes; pero con las herramientas modernas, ahora podemos ver cómo nuestros cerebros crecen de manera diferente a los cerebros de los simios.

Dado que los cerebros de humanos y simios aumentan rápidamente su superficie en las primeras etapas del desarrollo, los científicos habían planteado la hipótesis de que las diferencias podrían surgir muy poco después de la concepción, antes de que las células hayan madurado hasta convertirse en neuronas, explicó Benito-Kwiecinski a Live Science. Pero como el tejido cerebral fetal de humanos y simios no es fácilmente accesible para la investigación, los estudios anteriores se han centrado principalmente en etapas posteriores del desarrollo, cuando las neuronas ya conforman el paisaje del cerebro.

Pero la llegada de la tecnología de organoides, que son modelos de órganos cultivados en el laboratorio, permite ahora observar estas primeras etapas. Los científicos crean estos organoides cerebrales a partir de células madre, o células que pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo, y reprograman esas células para que crezcan hasta convertirse en estructuras similares al cerebro.

Aunque no se trata de cerebros reales, siguen siendo imitaciones impresionantes; anteriormente, los científicos habían creado organoides cerebrales que podían hacer crecer sus propios vasos sanguíneos o producir sus propias ondas cerebrales, según informó anteriormente Live Science.

En el nuevo estudio, Silvia Benito-Kwiecinski cultivó "minicerebros" de chimpancés, gorilas y humanos en el laboratorio (es la primera vez que se fabrica un organoide cerebral de gorila). Empezaron con bolas de células en 3D llamadas cuerpos embrionarios que imitan las primeras etapas del desarrollo del cerebro -un mes después de la concepción- antes de que las células madre maduren y se conviertan en células cerebrales. A continuación, colocaron estas células en matrices de gel y las dejaron desarrollar "estructuras en ciernes" o células progenitoras neurales, que son células madre que acabarán convirtiéndose en células cerebrales.

"La razón por la que estas células progenitoras son interesantes es porque, en última instancia, el número de neuronas que se generan depende del número de células progenitoras que se fabrican", dijo Benito-Kwiecinski. En otras palabras, cuantas más veces se dividan los progenitores, más neuronas se acabarán formando. Estas células progenitoras tienen forma cilíndrica, pero a medida que van madurando, empiezan a alargarse y se vuelven más fusiformes.

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Tras sólo 5 días, las células progenitoras neurales del gorila maduraron hasta adquirir la forma cónica de huso (derecha), pero las células humanas (izquierda) siguieron teniendo una forma cilíndrica. (Crédito de la imagen: S.Benito-Kwiecinski/MRC LMB/Cell)

Estas células alargadas se dividen mucho más lentamente que sus predecesoras cilíndricas. Con el tiempo, las células fusiformes se convierten en neuronas completamente desarrolladas.

Los investigadores descubrieron que, en los cerebros humanos, las células progenitoras neurales tardan un par de días más en madurar hasta convertirse en estas células alargadas de división más lenta que en los cerebros de chimpancés y gorilas.

"Parece que los humanos se retrasan en la transición" a la forma fusiforme, dijo Benito-Kwiecinski. En ese tiempo extra antes de la transición, las células progenitoras humanas se dividen más que las de los simios, creando más células que madurarán hasta convertirse en células cerebrales y, por tanto, cerebros más grandes.

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Para entender por qué, los investigadores examinaron los genes que se activaban y desactivaban durante esta etapa temprana del desarrollo cerebral en los diferentes organoides. Descubrieron que el gen ZEB2 se activaba antes en los organoides cerebrales del gorila que en los humanos. ZEB2 "parece ser el regulador de este cambio de forma de las células", dijo Benito-Kwiecinski.

Efectivamente, cuando los investigadores retrasaron la activación de ZEB2 en las células progenitoras del gorila, la transición a las células alargadas tardó más tiempo, haciendo que las células de los organoides del gorila crecieran de forma más parecida a las células de los organoides humanos. Cuando activaron antes el ZEB2 en los organoides humanos, ocurrió lo contrario: Las células de los organoides humanos empezaron a crecer más como las de los organoides de los simios, es decir, se transformaron más rápidamente en células alargadas.

No está claro cuánto tiempo después de que los humanos se separaran de los simios, la expresión de este gen empezó a cambiar; y tampoco se sabe qué otros genes están implicados. Benito-Kwiecinski y su equipo esperan ahora comprender qué regula la expresión de ZEB2 y, por tanto, por qué este gen se expresa más tarde en los humanos que en los simios.

Los resultados se publicaron el miércoles (24 de marzo) en la revista Cell.

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