Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ δημιούργησαν ποντίκια με εγκεφάλους που κατά το ήμισυ είναι ανθρώπινοι, σε μια προσπάθεια να κατανοήσουν και να αναπτύξουν νέες θεραπείες για διαταραχές όπως η σχιζοφρένεια, η επιληψία, η εγκεφαλική παράλυση, η νοητική αναπηρία και σπάνιες μορφές άνοιας.
Οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, που καλλιεργήθηκαν σε εργαστήριο, σε ζώα τα οποία είχαν γενετικά τροποποιηθεί ώστε να γεννιούνται χωρίς εγκεφαλικό φλοιό ή ιππόκαμπο. Αυτό δημιούργησε χώρο για την ανάπτυξη του ανθρώπινου ιστού μέσα στα κρανία των τρωκτικών.
Η διαδικασία αυτή σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν πλέον να λαμβάνουν κύτταρα από ασθενείς με εγκεφαλικές διαταραχές, να τα μετατρέπουν σε εγκεφαλικό ιστό στο εργαστήριο και να καλλιεργούν αυτόν τον ιστό σε ζωντανά ζώα. Στη συνέχεια, τα ζώα μπορούν να μελετηθούν για να διαπιστωθεί πώς εκδηλώνεται η διαταραχή στον ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό και πώς τα φάρμακα θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν τις παθήσεις αυτές.
«Ως επιστημονική κοινότητα προσπαθούμε σκληρά να βρούμε θεραπευτικές λύσεις για αυτές τις παθήσεις, αλλά η πραγματικότητα είναι ότι στην ψυχιατρική και τη νευρολογία έχουμε μείνει πίσω σε σχέση με κάθε άλλο κλάδο της ιατρικής και διαθέτουμε λιγότερα θεραπευτικά μέσα από, πάλι, κάθε άλλο κλάδο της ιατρικής», δήλωσε ο Σέργκιου Πάσκα, καθηγητής ψυχιατρικής που ηγήθηκε της έρευνας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.
«Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ περίπλοκος, αλλά και στο ότι είναι απρόσιτος», πρόσθεσε. «Σε μεγάλο βαθμό, στόχος μας ήταν να καταστήσουμε προσβάσιμες για έρευνα ορισμένες πτυχές της ανάπτυξης και της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου», πρόσθεσε ο καθηγητής.
Η μελέτη αυτή αποτελεί την πιο πρόσφατη εξέλιξη στον τομέα των νευρικών οργανοειδών (3D μικρογραφίες οργάνων που αναπτύσσονται στο εργαστήριο από βλαστικά κύτταρα), όπου ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, που καλλιεργούνται στο εργαστήριο, συγκροτούνται σε μικροσκοπικές αλλά πολύπλοκες δομές που μιμούνται ορισμένα χαρακτηριστικά των πραγματικών εγκεφάλων.
Ηθικές ανησυχίες
Αν και ενδέχεται να φέρουν επαναστατικές αλλαγές στην ιατρική του εγκεφάλου, τα οργανοειδή έχουν προκαλέσει ένα κύμα ηθικών ανησυχιών, κυρίως σχετικά με το αν αυτές οι συσσωματώσεις ιστού θα μπορούσαν να αποκτήσουν συνείδηση ή να αισθανθούν πόνο, καθώς και σχετικά με την ευημερία των ζώων στα οποία εμφυτεύονται οργανοειδή.
Ο Πάσκα πάντως ξεκαθάρισε ότι η έρευνα υποβάλλονταν εξ αρχής σε εκτενή ηθική εποπτεία.
Οι ειδικοί δήλωσαν ότι αυτό θα πρέπει να συνεχιστεί. Η Έμιλι Τζάκσον, καθηγήτρια νομικής στο London School of Economics και πρόεδρος μιας πρόσφατης έκθεσης για τα νευρικά οργανοειδή για το Nuffield Council on Bioethics, δήλωσε: «Η ευημερία των ζώων είναι ένα πραγματικά σημαντικό ζήτημα, και θα είναι απαραίτητο να παρακολουθούνται στενά αυτά τα ζώα προκειμένου να αξιολογηθεί ο αντίκτυπος που έχει η έρευνα πάνω τους».
Πώς δημιουργήθηκαν τα ποντίκια με τον ανθρώπινο εγκέφαλο
Σε προηγούμενη εργασία, η ομάδα του Στάνφορντ μεταμόσχευσε ανθρώπινους νευρώνες σε εγκεφάλους αρουραίων. Ο ιστός ρίζωσε και συνδέθηκε με τα εγκεφαλικά κυκλώματα των ζώων, αλλά υπήρχε πολύ λίγος χώρος για να αναπτυχθεί σημαντικά ο ανθρώπινος ιστός.
Για να λύσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές τροποποίησαν γενετικά ποντίκια, ώστε να αναστείλουν την ανάπτυξη βασικών περιοχών του εγκεφάλου, του εγκεφαλικού φλοιού και του ιππόκαμπου. Παραδόξως, τα ποντίκια επιβίωσαν επειδή τα εναπομείναντα τμήματα του εγκεφάλου ανέλαβαν νέους ρόλους. Αν και τα ποντίκια φαίνονται φυσιολογικά, είναι προσεκτικά στο βάδισμά τους και πιο ξεχασιάρικα.
Γράφοντας στο Nature, ο Πάσκα περιγράφει πώς στα ποντίκια έγινε έγχυση ανθρώπινων εγκεφαλικών οργανοειδών, τα οποία δημιουργήθηκαν από τον αναπρογραμματισμό δωρηθέντων δερματικών κυττάρων. Τα νεογέννητα ποντίκια έλαβαν αρκετές εγχύσεις, καθεμία από τις οποίες περιείχε περίπου 100.000 ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, στον χώρο όπου έλειπε ο δικός τους εγκεφαλικός ιστός. Συνολικά, από τα τρωκτικά έλειπαν περίπου 14 εκατομμύρια εγκεφαλικά κύτταρα ποντικιών και κατέληξαν με περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπινα – που αντιστοιχούν στο μισό του εγκεφάλου κατ’ όγκο.
Τρεις μήνες μετά τη χειρουργική επέμβαση, ο ανθρώπινος ιστός είχε συνδεθεί με την παροχή αίματος του ποντικού και είχε γεμίσει σχεδόν εξ ολοκλήρου την κοιλότητα, καταλαμβάνοντας περίπου το μισό μέγεθος του εγκεφάλου του τρωκτικού. Ορισμένοι από τους ανθρώπινους νευρώνες σχημάτισαν συνδέσεις με τα κύτταρα του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού του ποντικού.
Οι ανθρώπινοι νευρώνες δεν ήταν δομημένοι ή συνδεδεμένοι με τον ίδιο τρόπο όπως στους ανθρώπους, και ο εγκεφαλικός ιστός ήταν ανώριμος, ισοδύναμος με αυτόν που βρίσκεται στα μέσα της ανθρώπινης εγκυμοσύνης.
Δοκιμές στα ποντίκια με τον «ξένο» φλοιό έδειξαν ότι τα ζώα δεν ενισχύθηκαν νοητικά από τα μοσχεύματα, αλλά το ασταθές βάδισμα και τα γνωστικά τους προβλήματα βελτιώθηκαν λίγο.
Για να δείξουν πώς τα ποντίκια θα μπορούσαν να ρίξουν φως στις ανθρώπινες εγκεφαλικές διαταραχές, οι ερευνητές εξέθεσαν ορισμένα από τα ζώα σε χαμηλά επίπεδα οξυγόνου για πέντε ώρες. Αυτό έδειξε πόσο ευάλωτα είναι τα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα στην στέρηση οξυγόνου, η οποία κατά την εγκυμοσύνη και τον τοκετό μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλική παράλυση.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός στα ποντίκια περιείχε σπάνια κύτταρα γνωστά ως νευρώνες von Economo, τα οποία έχουν παρατηρηθεί μόνο σε μεταθανάτιες εξετάσεις. Τα κύτταρα αυτά είναι από τα πρώτα που πεθαίνουν στη μετωποκροταφική άνοια, μια σπάνια μορφή της νόσου, την οποία ο Πάσκα ελπίζει τώρα να μελετήσει σε αυτά τα ποντίκια.
Η καθηγήτρια Μάντλιν Λάνκαστερ, επικεφαλής ομάδας στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας MRC στο Κέιμπριτζ, δήλωσε ότι η προσέγγιση αυτή ταιριάζει καλύτερα σε ερωτήματα σχετικά με διαταραχές και θεραπείες όπου απαιτείται ένα ολόκληρο ζώο. «Είναι λιγότερο σαφές σε μένα πώς αυτό θα εμπλουτίσει την κατανόησή μας για την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς είναι αρκετά τεχνητό και καθόλου παρόμοιο με το πώς αναπτύσσεται ο εγκέφαλος φυσιολογικά», δήλωσε, σύμφωνα με τον Guardian.
Πολλοί ερευνητές που εργάζονται σε εγκεφαλικά οργανοειδή τα καλλιεργούν in vitro, ή σε τρυβλία. Η ελπίδα είναι ότι θα βοηθήσουν στη μείωση του αριθμού των ζώων που χρησιμοποιούνται στην έρευνα. «Είναι προφανώς ένα ηθικά ευαίσθητο ζήτημα και πρέπει να υπάρχει πολύ καλός λόγος για τη διεξαγωγή αυτού του τύπου πειραμάτων σε ζώα, τον οποίο οι περισσότερες επιστημονικές κατευθύνσεις δεν απαιτούν», πρόσθεσε η Λάνκαστερ. «Ο τομέας εξακολουθεί να στοχεύει σε πλήρως in vitro λύσεις, αλλά αυτή η εργασία μπορεί επίσης να προσφέρει πληροφορίες για το τι μπορεί να χρειαστεί για τη βελτίωση αυτών των in vitro μοντέλων ώστε να φτάσουν σε πιο ώριμα στάδια».
Greece
