U novoj studiji na Univerzitetu Stanford odgajili su ljudsko kortikalno tkivo u glodarima kojima je veoma rano genetski sprečen razvoj vlastitog cerebralnog korteksa. Za tri meseca ljudsko tkivo se proširilo i zauzelo više od 90 posto kortikalne zapremine životinje. Pritom je razvilo krvne sudobe, povezalo se sa ostatkom nervnog sistema, počelo da prenosi električne nadražaje, čak poslalo nervne produžetke sve do kičmene moždine.
Ogledi na ljudskom mozgu dok ga osoba koristi nisu mogući, što naučnicima znatno otežava istraživanje. Zbog toga su mnoga zbivanja ključna za njegov rad i uzroci neuroloških poremećaja i dalje velikim delom nepoznanica, piše Science Alert. Istraživači godinama smišljaju alternativne pristupe, od ćelijskih kultura do minijaturnih trodimenzionalnih sklopova nazvanih organoidi. I najnapredniji organoidi, međutim, imaju ozbiljan nedostatak: ne funkcionišu u živom organizmu kojim bi mozak mogao upravljati. Neuronaučnici sa Univerziteta Stanford predstavili su rešenje za to. U novoj studiji su odgajili ljudsko kortikalno tkivo u miševima kojima je veoma rano genetski sprečen razvoj vlastitog cerebralnog korteksa. Za tri meseca ljudsko tkivo se proširilo i zauzelo više od 90 posto kortikalne zapremine životinje. Pritom je razvilo krvne žile, povezalo se s ostatkom nervnog sistema, počelo da prenosi električne nadražaje, čak poslalo nervne produžetke sve do kičmene moždine.
„Važno je naglasiti da su to i dalje miševi”, izjavio je neuronaučnik Serhiu Paska sa Univerziteta Stanford. „Imaju nervnu mrežu miša, čulla miša i subkortikalne ssklopove miša. Ali većina kortikalnog tkiva je ljudskog porekla, ljudski neuroni rastu, objedinjuju se i uspostavljaju veze sa ostatkom mišjeg nervnog sistema.” Moždani organoidi su poslednjih godina postali savršeniji i omogućuju gajenje tkiva s različitim tipovima ćelija. No, laboratorijski uslovi imaju ograničenja jer izdvojeni organoid nema dotok krvi, ne prima čulne podražaje i ne upravlja mišićima. Pomenuti istraživači upravo godinama nastoje da to prevladaju. U studiji iz 2022. presadili su ljudske kortikalne organoide u novorođene pacove. Ljudski neuroni su sazreli i integrisali se u mozak životinja, čak su reagovali na nadražaje s brkova.
Međutim, iskrsla je teškoća jer se ljudski neuroni razvijaju znatno sporije od neurona glodara i nadmeću se za isti prostor. Da bi uklonili konkurenciju, istraživači su genetski izmenili miševe tako da im se veći deo cerebralnog korteksa i hipokampusa ne razvije. Takve životinje, nazvane apalijalni miševi, služile su kao primaoci ljudskih kortikalnih organoida, čime su stvoreni ksenokortikalni miševi. Transplantati su rasli zajedno s miševima i ispunili prazan kortikalni prostor. Novonastalo tkivo nije bilo savršena replika ljudskog korteksa; posle šest meseci bilo je na razvojnom nivou koji odgovara ljudskom korteksu na sredini trudnoće, bez slojevite strukture zrelog mozga. Uprkos tome, počelo je da stvara nerve koje je dosad bilo teško dobiti u drugim modelima.
Među njima su i neuroni L5-ET, koji imaju duge projekcije i povezuju korteks sa udaljenim delovima nervnog sistema. U toj geupi su pronađene i ćelije slične fon ekonomo neuronima (VEN), nazvanim po neurologu Konstantinu fon Ekonomou, koji su izduženog oblika i specifični za određene oblasti ljudskog mozga. Njih je izuzetno teško umnožiti u laboratoriji, a u prethodnoj studiji s pacovima nisu ni uočeni. Pitanje je šta u mozgu miša podstiče njihov razvoj. „To još ne znamo, mislim da je to jedno od najzanimljivijih pitanja koja je ova studija otvorila”, priznaje Paska. „Moguće je da pristup ljudskih kortikalnih neurona udaljenim ciljevima u nervnom sistemu osigurava signale koje je teško ponoviti u laboratorijskoj posudi. Druga je mogućnost da u živom organizmu postoje činioci koji nedostaju organoidima, poput faktora rasta, signala povezanih s neuronskom aktivnošću, vaskularizacije ili interakcija sa okolnim ćelijama.”
Osim analize samog tkiva, istraživače je zanimalo kako transplantat utiče na ponašanje miševa. Sproveli su test radne memorije u lavirintu u obliku slova Y na tri grupe: kontrolnoj zdravih miševa, apalijalnim miševima bez transplantata i ksenokortikalnim miševima s ljudskim tkivom. Zdravi i ksenokortikalni su postigli rezultate bolje od slučajnosti, što ukazuje na funkcionalnu radnu memoriju. Apalijalni, bez korteksa i hipokampusa, nisu pokazali takvu sposobnost. „To je iazovan rezultat, pogotovo zato što apalijalni miševi nisu bili uspešni”, protumačio je Paska. „Ipak, moramo biti oprezni i ne smemo zaključiti samo na temelju toga da su ljudski neuroni neposredno odgovorni za to ponašanje.” Pitanje direktne uzročnosti ostaje predmet budućih istraživanja. Primarni cilj ovog nije bio proveriti mogu li ljudske ćelije poboljšati sposobnosti miševa, već stvoriti model za proučavanje bolesti mozga. Potencijalne primene su značajne.
„Jedan do očiglednih smerova jeste frontotemporalna demencija. Budući da sada možemo stvoriti neurone nalik fon ekonomovom, možemo odgajiti kortikalne organoide od pacijenata, istražiti pokazuju li ti retki neuroni selektivnu ranjivost i testirati mogu li ih određene intervencije zaštititi”, istakao je Paska. Dodao je da se kod epilepsije može ispitati uzrokuju li neuroni povezani s bolešću abnormalnu aktivnost, dok se kod autizma i drugih neurorazvojnih poremećaja mogu pratiti posledice promena u ljudskim kortikalnim oblastima na ponašanje životinja.
Integracija ljudskog nervnog tkiva u životinji u ovolikom opsegu neizbežno pokreće složena etička pitanja. Stoga su na Stanfordu uključili bioetičare od samog početka. Prema rečima Serhia Paske, jedno od ključnih pitanja odnosi se na dobrobit životinja i opravdanost njihovog korišćenja. „Drugo važno pitanje jeste može li ugradnja sve složenijeg ljudskog nervnog tkiva u neuronsku mrežu životinje dovesti do neočekivanih svojstava koja bi zahtevala dodatno etičko razmatranje”. Životinje su, inače, pažljivo praćene u toku celog istraživanja. Istovremeno, dotični naučnik upozorava na etičku cenu odustajanja od razvoja boljih modela za neurološke i psihijatrijske bolesti: „Neurološki i psihijatrijski poremećaji pogađaju gotovo svaku petu osobu, a za mnoga od tih stanja još ne razumemo biologiju dovoljno dobro da bismo smislili delotvorne tretmane. Mnogi od tih poremećaja uključuju specifično ljudska nervna područja koja se ne mogu odgovarajuće oponašati na životinjama ili u izdvojenim ćelijama”. Nalazi su objavljeni u časopisu Nature.
(Ilustracija: mozgovi kontrolnog miša (levo), miša kojem nedostaje veći deo moždane kore (u sredini) i miša s presađenim ljudskim kortikalnim tkivom (desno); S. Pașca lab/Stanford University)
(Indeks)
