Naučnici sa Univerziteta Stanford objavili su da su gomilice ljudskih ćelija, poznate kao organoidi, izrasle u milione novih neurona i spojile se u nove živčane mreže povezane sa sistemima glodara.
Minijaturne strukture nalik ljudskom mozgu, presađene pacovima, mogu se povezati s njihovim mozgovima, slati signale i odzivati se na podražaje iz okoline koje hvataju brkovi glodara, čak menjati njihovo ponašanje, pokazalo je novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature. Navedeni nalazi trebalo bi da omoguće istraživanje različitih neurodegenerativnih i neuropsihijatrijskih poremećaja u ljudskom mozgu. Naučnici sa Univerziteta Stanford objavili su da su gomilice ljudskih ćelija, poznate kao organoidi, izrasle u milione novih neurona i spojile se u nove živčane mreže povezane sa sistemima pacova.
Rukovodilac istraživanja Sergiu Paska, neuronaučnik sa Stanforda, objasnio je da su on i kolege glodarima transplantirali ljudske neurone da bi upoznali biološke pojave koje se nalaze u pozadini autizma, shizofrenije i drugih razvojnih poremećaja. „Ako se stvarno želimo pozabaviti biologijom ovih stanja, biće nam potrebni složeniji modeli ljudskog mozga”, rekao je dr Paska i dodao: „Novu platformu, takođe, možemo koristiti za testiranje novih lekova i genskih terapija za neuropsihijatrijske poremećaje.”
Paska i saradnici smatraju da se složeni poremećaji ne mogu istraživati u laboratorijskim modelima mozgova in vitro. Naime, potrebni su celi organoidi mozgova usađeni i povezani s mozgovima i telima živih životinja ako se želi pratiti uticaj određenih neuroloških poremećaja i potencijalnih lekova na ponašanje životinja.S druge strane, neki naučnici upozoravaju da povezivanje mozgova ljudi i životinja i stvaranje ljudsko-životinjskih himera (stvorenja koja imaju delove životinja i ljudi) sa sobom nose određena etička pitanja.
Povezivanje dva mozga
Isti stanfordski istraživači ranije su osmislili trodimenzionalne organoide koji su, za razliku od običnih dvodimenzionalnih kultura živčanih ćelija, u petrijevim posudama opstali godinama. Ljudske ćelije vratili su u stanje pluripotentnih matičnih ćelija koje imaju moć da se razvijaju u različite vrste tkiva zavisno od toga kakvim ih molekulima podražavate. Konačno su stvorili organoide mozga, kičmene moždine i mišića i povezali ih tako da su funkcionisali na sličan način kao ljudsko telo – od nastanka podražaja u mozgu do stezanja mišića.
Da bi moždanim organoidima ljudskog porekla dali potrebnu stimulaciju i podršku za razvoj, članovi tima uzgojili su strukture iz ljudskih matičnih ćelija i zatim ih ubrizgali u mozgove novorođenih mladunaca pacoca sa idejom da će ljudske ćelije rasti zajedno sa ćelijama glodara.Autori u sažetku svoje studije ističu da organoidima razvijenim u laboratorijskim modelima (in vitro) bez usađivanja u žive životinje, nedostaje povezanost koja postoji u živim modelima (in vivo), što ograničava njihovo sazrevanje i onemogućuje integraciju s drugim krugovima koji kontrolišu ponašanje.
Naime, u mozgovima dece, rast neurona i način na koji razvijaju veze s drugim neuronima delimično se temelje na podražajima koji dolaze iz čula. Kada su ljudski organoidi bili usađeni u mozgove pacova, dobijali su upravo takve čulne podražaje.„Ovde pokazujemo da kortikalni organoidi izvedeni iz ljudskih matičnih ćelija, transplantirani u somatosenzorni korteks novorođenih atimičnih glodara, razvijaju zrele tipove ćelija koje se integrišu u senzorne i motivacijske krugove… Doista, transplantirani kortikalni neuroni pokazuju složenija morfološka, sinaptička i intrinzična svojstva membrane nego njihovi in vitro dvojnici, što omogućuje otkrivanje defekata u neuronima koji potiču od pojedinaca s Timotijevim sindromom”, ističu autori.
Stimulisanje mozgova
Tim je organoide smestio u područje mozga nazvano somatosenzorni korteks, koji prima signale od brkova pacova i drugih čulnih organa, a zatim ih prosleđuje drugim delovima mozga za interpretaciju signala.Ljudske moždane ćelije sazrevaju znatno sporije od ćelija glodara, pa su zstraživači morali čekati više od šest meseci da se organoidi u potpunosti integrišu u mozgove pacova. Kada su na kraju tog razdoblja magnetnom rezonancom (MRI) ispitali mozgove životinja, videli su da je integracija bila toliko uspešna da je, kako je rekao Paska na konferenciji za novinare, bila gotovo kao dodavanje „još jednog tranzistora u (integrisano) kolo”.
U svojem naučnom radu dotični istraživači su opisali kako su genetski modifikovali neurone u usađenim delovima mozga tako da se aktiviraju kada ih stimuliše svetlo iz optičkog kabla ugrađenog u mozgove pacova. Tim je trenirao glodare da ližu slavine da bi dobili vodu dok je svetlo uključeno. Nakon treninga, kada su osvetlili hibridne mozgove, pacovi su bili podstaknuti da ližu slavine, što znači da su se ljudske ćelije dovoljno dobro integrisale da pospeše odgovarajuće ponašanje životinja. Štaviše, kada su im istraživači dodirivali brkove, ljudske ćelije u senzornom korteksu mozga pacova aktivirale su odgovarajući odgovor u smislu orijentacije u prostoru, što sugeriše da su bili u stanju da prime senzorne informacije.
Da bi pokazali da njihov rad ima potencijala u proučavanju moždanih poremećaja kod ljudi, Paska i kolege su, takođe, stvorili moždane organoide iz matičnih ćelija troje ljudi s genetskom bolešću zvanom Timotijev sindrom, koja može uzrokovati simptome slične onima koji se viđaju kod autizma. Sićušne strukture izgledale su isto kao i svi drugi moždani organoidi uzgajeni u posudi, no kad su ih istraživači presadili u pacove, nisu narasle tako velike kao druge i njihovi neuroni nisu okidale na isti način.
Šta ako glodari razviju kogniciju i svest?
Prve ljudsko-životinjske himere stvorene su još devedesetih prošlog veka. U proteklih desetak godina to se područje vrlo brzo razvija. S jedne strane, zanimljivo je zbog istraživanja ljudskih bolesti i lekova koja se ne mogu ispitivati na ljudima, a s druge, zbog mogućnosti da se u telima životinja uzgajaju ljudski organi potrebni za transplantaciju.Primerice, studije u kojima su ljudske moždane matične ćelije presađene u mozgove majmuna omogućile su da se 2018. pokrenu klinička ispitivanja terapija za Parkinsonovu bolest.
Tri godine docnije kineski i američki naučnici stvorili su himeričke embrione čoveka i majmuna od kojih su neki preživeli, čak, 19 dana. Zagovornici proučavanja himera s ljudsko-životinjskim mozgovima smatraju da su takva istraživanja neophodna i ističu da već daju vredne rezultate. Na primer, koristeći neuralne himere, naučnici su pronašli razlike u tome kako se neuroni razvijaju i ponašaju u Daunovom sindromu i Alchajmerovoj bolesti.
Negde su dopuštena, ali…
U mnogim zemljama, uključujući SAD i Veliku Britaniju, istraživanja u kojima se ljudske moždane ćelije povezuju s mozgovima životinja zakonski su dopuštena i mogu biti državno finansirana uz određene mere provere.No, neki naučnici upozoravaju da takve himere predstavljaju etičku sivu zonu, zbog mogućnosti da zamagle granicu između ljudi i životinja ili da kod životinja stvore percepciju i kogniciju sličnu ljudskoj ili možda čak svest. Pojedini istraživači kažu da bi himere trebale koristiti samo ako nijedan drugi ćelijski ili životinjski model nije prikladan.
Etičari se pitaju u kojem trenutku zbirka ljudskih neurona u mozgu druge životinje utelovljuje nešto što zaslužuje jedinstven moralni status.Tim sa Stanforda tumači da organoidi nisu u pravom smislu reči mozgovi već minijaturne imitacije koje su daleko od buđenja svesti i smatra da za sada nema razloga za brigu u vezi sa etičkim pitanjima. Sergiu Pasca, takođe, ističe da transplantacije organoida njegovog tima nisu uzrokovale probleme kao što su napaji ili poremećaji pamćenja kod pacova i da se nije činilo da značajno menjaju ponašanje životinja.
Posebnu pažnju etičara izazvao je jedan naučni rad objavljen u avgustu 2019. u časopisu Cell Stem Cell. Alison Muotri i saradnici su, naime, stvorili organoide ljudskog mozga koji su proizvodili koordinirane talase aktivnosti, nalik onima koji se vide kod nedonoščadi. Talasi su trajali mesecima pre nego što je tim zaključio eksperiment.
Svesni mozak– šta je to?
Ova vrsta koordinisane električne aktivnosti u celom mozgu jedno je od svojstava svesnog mozga. Otkriće tima navelo je etičare i naučnike da pokrenu mnoštvo moralnih i filozofskih pitanja o tome treba li organoidima dopustiti da dosegnu napredni nivo i mogu li „svesni”organoidi imati pravo na poseban tretman i prava koja se ne daju gomilama drugih ćelija.
Iste godine tim sa Univerziteta Jejl, među kojima su i neki hrvatski istraživači poput Nenada Šestana, objavio je da je delimično vratio život u mozgove svinja koje su nekoliko sati ranije ubijene. Uklanjanjem mozgova iz lobanja i ulivanjem u njih hemijskog koktela, oživeli su ćelijske funkcije neurona i njihovu sposobnost prenosa električnih signala.
Etičari i naučnici koji se bave istraživanjima koja bi mogla rezultirati stvaranjem svesti sve glasnije traže da se definiše i skup smernica koje bi određivale šta se smije, a šta je etički neprihvatljivo.U junu je američka Nacionalna akademija nauke, inženjerstva i medicine započela je studiju s ciljem ocrtavanja potencijalnih pravnih i etičkih pitanja povezanih s moždanim organoidima i ljudsko-životinjskim himerama.No, ove inicijative su razotkrile da neuronaučnici još nemaju dogovoren način za definisanje i merenje svesti. A bez takve definicije biće nemoguće zaustaviti eksperimente pre nego što pređu granicu.
(Indeks)
