Έρευνα: Οι επιστήμονες μεταμοσχεύουν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα σε εγκεφάλους αρουραίων

Έρευνα: Ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός έχει μεταμοσχευθεί επιτυχώς σε εγκεφάλους αρουραίων χρησιμοποιώντας μια πειραματική διαδικασία αιχμής, λένε οι ερευνητές.

Ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός έχει μεταμοσχευθεί επιτυχώς σε εγκεφάλους αρουραίων χρησιμοποιώντας μια πειραματική διαδικασία αιχμής, λένε οι ερευνητές. Οραματίζονται το επίτευγμα ως ένα πολλά υποσχόμενο νέο σύνορο στην ιατρική έρευνα. Ομάδες ζωντανών ανθρώπινων νευρικών κυττάρων έχουν ενσωματωθεί στον εγκέφαλο εργαστηριακών αρουραίων, δημιουργώντας υβριδικά εγκεφαλικά κυκλώματα που μπορούν να ενεργοποιηθούν μέσω εισόδου από τις αισθήσεις των αρουραίων, ανέφεραν οι επιστήμονες την Τετάρτη.

Ιατρική έρευνα

Περαιτέρω, πειράματα έχουν δείξει ότι ο ανθρώπινος ιστός σχηματίζει μια αμφίδρομη σύνδεση στον εγκέφαλο του αρουραίου, στέλνοντας επίσης σήματα που μπορούν ενδεχομένως να αλλάξουν τη συμπεριφορά του αρουραίου, είπαν οι ερευνητές. Αυτή η διαδικασία μετατρέπει τους εγκεφάλους των αρουραίων σε ένα βιολογικό ζωντανό εργαστήριο που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην έρευνα για τις ανθρώπινες ψυχικές διαταραχές και την ανάπτυξη του εγκεφάλου, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Δρ. Sergiu Pasca. Είναι καθηγητής ψυχιατρικής και συμπεριφορικών επιστημών στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Στάνφορντ, στην Καλιφόρνια.

Για παράδειγμα, τα μοσχεύματα ανθρώπινου εγκεφάλου θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην έγκαιρη δοκιμή φαρμάκων που έχουν σχεδιαστεί για τη θεραπεία ψυχικών καταστάσεων όπως η σχιζοφρένεια, πρότεινε ο Pasca. «Μπορείτε να μεταμοσχεύσετε κύτταρα ασθενών στον αρουραίο, να περιμένετε μέχρι να ενσωματωθούν στο κύκλωμα και μετά να πάρετε το πειραματικό σας φάρμακο ή το φάρμακο που σας ενδιαφέρει και να το κάνετε με ένεση στον αρουραίο», είπε ο Pasca. “Τότε μπορείτε να δείτε εάν το φάρμακο φτάνει στον στόχο. Αλλάζει το ελάττωμα που δοκιμάζετε;”

Τέτοια πειράματα δεν μπορούν να εκτελεστούν σε ανθρώπους, αλλά ενδέχεται να παρέχουν ανεκτίμητες πληροφορίες που μπορούν να εφαρμοστούν σε αυτούς. Η νέα έρευνα περιστρέφεται γύρω από μικροσκοπικές κυτταροκαλλιέργειες που ονομάζονται οργανοειδή που δημιουργούνται σε ένα εργαστηριακό πιάτο από βλαστοκύτταρα. Τα οργανοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναδημιουργία ιστού από οποιοδήποτε ανθρώπινο όργανο. Για παράδειγμα, η ερευνητική ομάδα του Pasca έχει δημιουργήσει ιστό που ανήκει σε περισσότερες από δώδεκα διαφορετικές περιοχές του ανθρώπινου εγκεφάλου ως οργανοειδή στο εργαστήριο.

Ωστόσο, η ερευνητική αξία αυτών των κυτταροκαλλιεργειών είναι περιορισμένη επειδή δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε πλήρες μέγεθος σε ένα πιάτο, είπε ο Pasca. Ο εγκεφαλικός ιστός σε ένα πιάτο επίσης δεν συνδέεται και δεν λειτουργεί μέσα σε ένα ζωντανό πλάσμα, κάτι που είναι απαραίτητο για τη μελέτη των ψυχικών συνθηκών, πρόσθεσε. «Οι ψυχιατρικές διαταραχές ορίζονται συμπεριφορικά», είπε ο Pasca. “Όταν λοιπόν βρείτε ένα ελάττωμα σε ένα κελί στο κάτω μέρος ενός πιάτου – ας πούμε ελαττωματικούς δενδρίτες ή λιγότερες συνάψεις – αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα αλλαγές στο κύκλωμα; Θα επηρεάσει τη συμπεριφορά; Πώς θα προκαλούσαν ασθένεια σε έναν ασθενή; Αυτό είναι το κίνητρο για εμάς να προσπαθήσουμε να ενσωματώσουμε αυτούς τους πολιτισμούς σε ζωντανά συστήματα».

Ως μέρος αυτής της προσπάθειας, οι ερευνητές μεταμόσχευσαν οργανοειδή που μοιάζουν πολύ με τον ανθρώπινο εγκεφαλικό φλοιό στον εγκέφαλο σχεδόν 100 νεογνών αρουραίων ηλικίας μόλις δύο έως τριών ημερών. Οι εγκέφαλοι νεαρών αρουραίων δέχονταν τον ανθρώπινο ιστό, σχηματίζοντας αιμοφόρα αγγεία για να υποστηρίξουν τα οργανοειδή και παρέχοντας ανοσοκύτταρα για την προστασία τους από ασθένειες, διαπίστωσαν οι ερευνητές.

Με αυτή την υποστήριξη, τα εμφυτευμένα ανθρώπινα οργανοειδή ευδοκίμησαν, καλύπτοντας τελικά περίπου το ένα τρίτο του ενός ημισφαιρίου του εγκεφάλου των αρουραίων. «Μεγαλώνουν περίπου έξι φορές μεγαλύτεροι από αυτό που θα αναπτυσσόταν ένας ισοδύναμος νευρώνας σε ένα πιάτο», είπε ο Pasca. «Αν έχετε μια παρτίδα οργανοειδών και τα μισά από αυτά έχουν μεταμοσχευθεί και τα μισά μείνουν σε ένα πιάτο, αν τα συγκρίνετε μετά από 250 ημέρες, θα βρείτε ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες που έχουν μεταμοσχευθεί είναι τουλάχιστον έξι φορές μεγαλύτεροι».

Οι ανθρώπινοι νευρώνες δημιούργησαν επίσης κατάστημα στους εγκεφάλους των αρουραίων, σχηματίζοντας συνδέσεις εργασίας με τα ίδια τα κυκλώματα των τρωκτικών. Για παράδειγμα, όταν οι ερευνητές ενόχλησαν τα μουστάκια των αρουραίων με εισπνοές αέρα, οι ανθρώπινοι νευρώνες στον εγκέφαλο των αρουραίων φωτίστηκαν εγκαίρως με το ερέθισμα. Στην πραγματικότητα, η ύλη του ανθρώπινου εγκεφάλου ενσωματώθηκε αρκετά καλά ώστε να επηρεάσει πραγματικά τη συμπεριφορά των εργαστηριακών αρουραίων, είπαν οι συγγραφείς της μελέτης.

Για να το αποδείξουν αυτό, οι επιστήμονες εμφύτευσαν ανθρώπινα οργανοειδή που τροποποιήθηκαν για να ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένες συχνότητες του μπλε φωτός λέιζερ. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου εκπαίδευσης 15 ημερών, οι ερευνητές παρέδωσαν τυχαίες εκρήξεις μπλε φωτός που μεταδίδονταν από εξαιρετικά λεπτά καλώδια οπτικών ινών απευθείας στα εμφυτευμένα οργανοειδή. Μετά από κάθε έκρηξη, οι αρουραίοι λάμβαναν νερό από ένα μικροσκοπικό στόμιο. «Θέλαμε να δούμε αν θα μπορούσαμε να διδάξουμε στους αρουραίους να συσχετίζουν την παροχή ανταμοιβής – σε αυτήν την περίπτωση, την παροχή νερού – με τη διέγερση των ανθρώπινων νευρώνων», είπε ο Pasca. Μέχρι το τέλος του πειράματος, ένας τυχαίος μπλε παλμός φωτός θα έστελνε τους αρουραίους να τρέχουν στο στόμιο, είπε ο Pasca.

Αυτά τα υβρίδια εγκεφάλου ανθρώπου/ποντικού έχουν ήδη δώσει κάποια νέα κατανόηση του συνδρόμου Timothy, μιας σπάνιας γενετικής πάθησης που συνδέεται στενά με τον αυτισμό και την επιληψία, σημείωσε η ομάδα. Οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν ένα οργανοειδές που δημιουργήθηκε από τα κύτταρα ενός ασθενούς με σύνδρομο Timothy στη μία πλευρά του εγκεφάλου ενός εργαστηριακού αρουραίου και στην άλλη πλευρά μεταμόσχευσαν ένα οργανοειδές που δημιουργήθηκε από ένα υγιές άτομο. Παρακολουθώντας για πέντε έως έξι μήνες, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το οργανοειδές του συνδρόμου Timothy ολοκληρώθηκε με πολύ μικρότερους νευρώνες και σημαντικά διαφορετική ηλεκτρική δραστηριότητα από το υγιές οργανοειδές.

Αυτές οι αλλαγές και οι διαφορές δεν αναπτύχθηκαν σε κύτταρα που φυλάσσονταν σε ένα πιάτο, Pasca είπε — απαιτούσαν να είναι μέρος ενός ζωντανού όντος για να ωριμάσουν σε αυτό το σημείο. Οι ερευνητές μπορεί να βρουν παρόμοιες αναπτυξιακές διαφορές σε οργανοειδή που παράγονται από κύτταρα ατόμων με σχιζοφρένεια ή αυτισμό, πρόσθεσε ο Pasca. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στις 12 Οκτωβρίου στο Nature. Ένα σχόλιο που συνόδευε την εργασία συμφώνησε ότι αυτές οι μεταμοσχεύσεις ανοίγουν ένα νέο μέσο για την έρευνα του ανθρώπινου εγκεφάλου.

«Οι ανθρώπινοι νευρώνες είναι διαφορετικοί από εκείνους όλων των άλλων ειδών και οι διαφορές στον ρυθμό με τον οποίο αναπτύσσονται οι νευρώνες αρουραίου και ανθρώπου θα περιορίσουν το πόσο καλά τα ξενομοσχεύματα από άνθρωπο σε τρωκτικό μπορούν να αντικατοπτρίζουν τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου», αναφέρει το άρθρο δύο Ελβετών ερευνητών. «Παρόλα αυτά, η ικανότητα παραγωγής ώριμων ανθρώπινων νευρικών ιστών που ενσωματώνονται με τον ξενιστή τους σε επίπεδο κυκλώματος παρέχει συναρπαστικές ευκαιρίες για τη μελέτη της ανάπτυξης και της βασικής βιολογίας του ανθρώπινου νευρικού κυκλώματος, καθώς και για την αντιπροσώπευση ενός νέου συστήματος για τη δοκιμή θεραπειών για ανθρώπινες νευρολογικές ασθένειες. » κατέληξε το σχόλιο.

Ερευνητές με Μεγάλα Ονόματα μπορεί να τύχουν ειδικής μεταχείρισης, περιορίζοντας τη νέα επιστήμη

Καθώς η Omicron συνεχίζει να μεταλλάσσεται, οι επιστήμονες βλέπουν σημάδια συγκλίνουσας εξέλιξης

Οι αντιξοότητες των συνομηλίκων μπορεί να κάνουν τα κορίτσια να αισθάνονται ότι η αυτοεκτίμησή τους βρίσκεται συνεχώς σε κίνδυνο

Νοσηλευτές και άλλο προσωπικό υγείας στο Ηνωμένο Βασίλειο εγκαταλείπουν το επάγγελμα για καλύτερα αμειβόμενες θέσεις εργασίας