Експеримент што отвора нови врати за науката: Човечко мозочно ткиво се разви во жив глушец

Научниците со години се обидуваат што подобро да го разберат развојот и функционирањето на човечкиот мозок, но еден од најголемите проблеми е што мозочното ткиво одгледано во лабораторија е изолирано од остатокот од организмот. Истражувачи од Универзитетот Стенфорд сега направија необичен чекор во обидот да го надминат тоа ограничување – трансплантирале човечко мозочно ткиво во глувци и му овозможиле да се развива во жив организам.

Резултатите биле впечатливи. За само три месеци трансплантираното човечко ткиво се проширило до степен што сочинувало повеќе од 90 проценти од волуменот на кортикалното ткиво кај експерименталните животни.

Уште позначајно е што човечкото ткиво не останало само изолирана маса клетки. Во него се развиле крвни садови, се воспоставиле врски со нервниот систем на глувците, ткивото станало електрично активно, а неговите продолжетоци стигнале дури до ‘рбетниот мозок.

Тоа не значи дека научниците создале глушец со човечки мозок. Иако голем дел од кортикалното ткиво потекнувало од човечки клетки, животните и понатаму имале нервен систем, сетилни органи и други мозочни структури карактеристични за глувците.

Целта на експериментот била поинаква – да се создаде подобар модел преку кој научниците ќе можат да набљудуваат како човечкото мозочно ткиво се развива кога не е изолирано во лабораториски сад, туку има пристап до крвоток, нервни сигнали и други делови од жив организам.

Во последните години важна улога во невролошките истражувања имаат таканаречените мозочни органоиди. Станува збор за мали тридимензионални структури создадени од човечки клетки, кои можат да имитираат дел од процесите што се случуваат во мозокот за време на неговиот развој.

Технологијата значително напредуваше. Денес научниците можат да создаваат органоиди со различни видови нервни клетки, па дури и да поврзуваат структури што претставуваат различни мозочни региони во посложени системи.

Но постои големо ограничување. Мозокот во човечкиот организам не функционира изолирано. Тој прима информации од сетилата, испраќа команди кон мускулите, комуницира со други делови од нервниот систем и постојано се снабдува со крв.

Органоидот во лабораториски сад го нема сето тоа.

Научниците уште во 2022 година направиле важен чекор кога трансплантирале човечки кортикални органоиди во новородени стаорци. Човечките неврони таму созреале и се интегрирале во мозокот на животните, а биле забележани и реакции на сетилни информации што доаѓале преку нивните мустаќи.

Но се појавил друг проблем. Човечките неврони созреваат значително побавно од невроните кај глодачите. Тоа значело дека човечкото и животинското мозочно ткиво практично се натпреварувале за истиот простор додека се развивале.

Во новото истражување научниците решиле да ја отстранат токму таа конкуренција.

Со генетска модификација создале глувци кај кои голем дел од мозочната кора и хипокампусот не се развиле нормално. На тој начин во мозокот останал простор во кој трансплантираното човечко ткиво можело да расте без вообичаената конкуренција од мозочната кора на животното.

На дел од овие глувци, кратко по раѓањето, им биле трансплантирани човечки кортикални органоиди. Истражувачите овие животни ги нарекле ксенокортикални глувци.

Како што глувците растеле, заедно со нив се развивало и човечкото ткиво. Тоа постепено заземало значителен дел од просторот што нормално би го исполнувала мозочната кора на глушецот.

Сепак, добиената структура не била целосна копија на човечката мозочна кора.

Дури и по приближно шест месеци, човечкото ткиво останало развојно незрело. Според истражувањето, неговата состојба приближно одговарала на човечка мозочна кора во средината на бременоста и немала целосно организирани слоеви какви што се карактеристични за зрелата мозочна кора.

Но токму во таквото опкружување почнале да се појавуваат видови неврони што научниците многу тешко ги создаваат во класични лабораториски модели.

Меѓу нив биле неврони познати како L5-ET, кои имаат долги аксони преку кои мозочната кора комуницира со оддалечени делови од нервниот систем.

Истражувачите откриле и клетки слични на таканаречените Von Economo неврони. Станува збор за специфични издолжени нервни клетки што се среќаваат во одредени области на човечкиот мозок и кои е исклучително тешко да се репродуцираат во лабораториски услови.

Интересно е што вакви клетки не биле откриени во претходниот експеримент со стаорци.

Научниците сè уште не знаат што точно во организмот на глушецот го поттикнува развојот на овие неврони. Една можност е човечките клетки да добиваат сигнали затоа што можат да воспостават врски со подалечни делови од нервниот систем, нешто што не е возможно кај изолиран органоид.

Друга можност е живиот организам да обезбедува комбинација од фактори на раст, електрична активност, снабдување со крв и комуникација со околните клетки што едноставно не може целосно да се пресоздаде во лабораториски сад.

Истражувачите сакале да дознаат и дали трансплантираното човечко ткиво има некакво функционално влијание врз однесувањето на глувците.

За таа цел биле споредени три групи животни. Едната била составена од нормални глувци, втората од генетски модифицирани животни кај кои не се развиле поголеми делови од мозочната кора и хипокампусот, а третата од глувци кај кои во празниот простор било трансплантирано човечко кортикално ткиво.

Животните биле тестирани во лавиринт во форма на буквата Y. Тестот се користи за процена на работната меморија бидејќи глувците природно имаат тенденција да истражуваат различен крак од оној што непосредно претходно го посетиле.

За тоа е потребно животното да запомни каде било.

Како што се очекувало, нормалните глувци постигнале најдобри резултати. Животните на кои им недостасувале поголем дел од мозочната кора и хипокампусот имале значително поголеми тешкотии во задачата.

Најинтересен бил резултатот кај глувците со трансплантирано човечко мозочно ткиво. Тие постигнале резултати над нивото што би се очекувало од случаен избор.

Тоа не значи дека човечкото ткиво им дало човечки способности, ниту дека целосно ја заменило функцијата на мозочната кора на глушецот. Резултатот, сепак, покажува дека трансплантираното ткиво не било само физички присутно, туку се интегрирало во биолошкото опкружување на животното во мера што заслужува дополнително истражување.

Особено значајно е што човечкото ткиво развило крвни садови, покажало електрична активност и испратило нервни продолжетоци кон оддалечени делови од нервниот систем.

Ваквиот модел би можел да им овозможи на научниците да истражуваат аспекти од развојот на човечкиот мозок што досега било тешко или невозможно да се набљудуваат во лабораториски органоиди.

Истовремено, резултатите имаат јасни ограничувања. Човечкото ткиво останало развојно незрело и не формирало целосно организирана човечка мозочна кора. И покрај големиот удел на човечко кортикално ткиво, животните останале глувци со сопствени сетилни органи, нервни структури и биолошки системи.

Истражувањето затоа не претставува создавање „човечки мозок во глушец“, туку нов експериментален модел за проучување на тоа како човечките нервни клетки созреваат, се поврзуваат и функционираат кога ќе добијат пристап до жив нервен систем.

Фактот дека трансплантираното ткиво успеало да се снабди со крв, да стане електрично активно и да воспостави врски со организмот покажува колку голема разлика може да направи биолошкото опкружување во споредба со лабораторискиот сад.

Резултатите од истражувањето се објавени во научното списание Nature, а следните истражувања треба подобро да покажат кои сигнали во живиот организам го насочуваат развојот на човечките неврони и колку ваквите модели можат да помогнат во разбирањето на човечкиот мозок и неговите нарушувања.