Καλιφόρνια: Επιστήμονες δημιούργησαν ποντίκια με εν μέρει ανθρώπινο εγκέφαλο
Για να καταφέρουν αυτό το επίτευγμα, οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, τα οποία καλλιεργήθηκαν σε εργαστήριο, σε ζώα που είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να γεννηθούν χωρίς να έχουν εγκεφαλικό φλοιό ή ιππόκαμπο
Snapshot
- Επιστήμονες δημιούργησαν ποντίκια με εγκεφάλους που αποτελούνται κατά το ήμισυ από ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα για τη μελέτη νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων.
- Τα ποντίκια είχαν τροποποιηθεί γενετικά, γεγονός που απέτρεπε την ανάπτυξη εγκεφαλικού φλοιού και ιππόκαμπου, επιτρέποντας την ανάπτυξη ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού στον κενό χώρο.
- Ο ανθρώπινος ιστός ενσωματώθηκε πλήρως στον εγκέφαλο των ποντικιών και ανέπτυξε νευρώνες von Economo, που σχετίζονται με σπάνιες μορφές άνοιας.
- Η έρευνα διεξήχθη υπό αυστηρή ηθική εποπτεία, καθώς εγείρονται ηθικά ζητήματα σχετικά με τη συνείδηση και την ευημερία των ζώων.
Ερευνητές δημιούργησαν ποντίκια των οποίων ο εγκέφαλος αποτελείται κατά το ήμισυ από ανθρώπινα κύτταρα, 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.
Για να καταφέρουν αυτό το επίτευγμα, οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, τα οποία καλλιεργήθηκαν σε εργαστήριο, σε ζώα που είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να γεννηθούν χωρίς να έχουν εγκεφαλικό φλοιό ή ιππόκαμπο. Μέσω αυτού, δημιουργήθηκε ένας εντός του κρανίου των τρωκτικών για να αναπτυχθεί ανθρώπινος ιστός.
Χάρη σε αυτήν την διαδικασία, οι ερευνητές μπορούν πλέον να λαμβάνουν κύτταρα από ασθενείς με νευρολογικές ή ψυχιατρικές παθήσεις, να τα μετατρέπουν εργαστηριακά σε εγκεφαλικό ιστό και κατόπιν να τα μεταφέρουν σε ζωντανούς οργανισμούς. Στη συνέχεια, οι ερευνητές θα μελετούν τα ζώα για να διαπιστώσουν πώς εκδηλώνεται και εξελίσσεται μια διαταραχή στον ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό και πώς θα μπορούσαν να την αντιμετωπίσουν.
«Ως επιστημονική κοινότητα καταβάλλουμε τεράστιες προσπάθειες για την εύρεση θεραπευτικών λύσεων, ωστόσο η πραγματικότητα είναι ότι η ψυχιατρική και η νευρολογία έχουν μείνει πίσω σε σχέση με κάθε άλλον ιατρικό κλάδο, διαθέτοντας σημαντικά λιγότερες θεραπευτικές επιλογές», δήλωσε στον Guardian ο Sergiu Pașca, καθηγητής Ψυχιατρικής και επικεφαλής της έρευνας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ.
«Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στην πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά κυρίως στο γεγονός ότι είναι απρόσιτος για μελέτη», πρόσθεσε, τονίζοντας ότι: «Σε μεγάλο βαθμό, στόχος μας ήταν να καταστήσουμε προσβάσιμες για έρευνα τις πτυχές της ανάπτυξης και της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου».
Δείτε βίντεο από την δραστηριότητα ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού σε ένα ποντίκι:
Γενετικά τροποποιημένα ποντίκια
Η συγκεκριμένη μελέτη εντάσσεται στο ολοένα και αναπτυσσόμενο πεδίο έρευνας των νευρικών οργανοειδών (neural organoids), όπου ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα καλλιεργούνται στο εργαστήριο και οργανώνονται σε μικροσκοπικές αλλά πολύπλοκες δομές που μιμούνται ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά του ανθρωπίνου εγκεφάλου.
Αν και ενδέχεται να φέρουν επαναστατικές αλλαγές στην ιατρική, η τεχνολογία των οργανοειδών έχει εγείρει ηθικά διλήμματα, κυρίως σχετικά με το αν αυτοί οι σχηματισμοί ιστού θα μπορούσαν να αποκτήσουν συνείδηση ή να αισθανθούν πόνο, καθώς και σχετικά με την ευημερία των ζώων στα οποία μεταμοσχεύονται.
Πάντως, ο Pașca, διαβεβαίωσε ότι η συγκεκριμένη έρευνα διεξήχθη υπό αυστηρή ηθική εποπτεία από την αρχή της.
Και άλλοι ειδικοί ανέφεραν ότι αυτή η ανάγκη διαρκούς ελέγχου θα πρέπει να συνεχιστεί. Η Emily Jackson, καθηγήτρια νομικής στο London School of Economics και επικεφαλής μιας πρόσφατης έκθεσης για τα νευρικά οργανοειδή για το Nuffield Council on Bioethics, δήλωσε: «Η ευημερία των ζώων αποτελεί πραγματικά σημαντικό ζήτημα. Είναι απαραίτητη η στενή παρακολούθησή τους ώστε να αξιολογούνται συνεχώς οι επιπτώσεις στην υγεία και τη συμπεριφορά τους».
Σε προηγούμενα πειράματα, η ομάδα του Στάνφορντ είχε μεταμοσχεύσει ανθρώπινους νευρώνες σε εγκεφάλους αρουραίων. Αν και ο ιστός ενσωματώθηκε και συνδέθηκε με τα νευρωνικά κυκλώματα των ζώων, ο χώρος ήταν πολύ περιορισμένος για να αναπτυχθεί σημαντικά ο ανθρώπινος ιστός.
Για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές δημιούργησαν γενετικά τροποποιημένα ποντίκια στα οποία είχε ανασταλεί η ανάπτυξη βασικών περιοχών του εγκεφάλου, όπως του εγκεφαλικού φλοιού και του ιππόκαμπου. Παραδόξως, τα ποντίκια επέζησαν, οι υπόλοιπες εγκεφαλικές δομές ανέλαβαν νέες λειτουργίες. Αν και τα ποντίκια φαίνονται φυσιολογικά, παρουσιάζουν μια επιφυλακτικότητα όταν κινούνται και μια έλλειψη στην ικανότητα της μνήμης.
Τα ευρήματα της έρευνας
Σε άρθρο του στο επιστημονικό περιοδικό Nature, ο Paşca περιγράφει την διαδικασία κατά την οποία εγχύθηκαν ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή σε νεογέννητα ποντίκια, τα οποία είχαν δημιουργηθεί από τον επαναπρογραμματισμό κυττάρων δέρματος από δότες. Κάθε ποντίκι έλαβε διαδοχικές εγχύσεις συνολικά περίπου 100.000 ανθρώπινων κυττάρων στον κενό χώρο του κρανίου. Συνολικά, στα τρωκτικά έλειπαν περίπου 14 εκατομμύρια δικά τους εγκεφαλικά κύτταρα, τα οποία αντικαταστάθηκαν από περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπινα.
Τρεις μήνες μετά τη χειρουργική επέμβαση, ο ανθρώπινος ιστός είχε συνδεθεί με την αιμάτωση του ποντικού και είχε καλύψει σχεδόν εξ ολοκλήρου την κενή κοιλότητα, καταλαμβάνοντας περίπου το μισό του μεγέθους του εγκεφάλου του τρωκτικού. Παράλληλα, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι δημιουργήθηκαν συνάψεις μεταξύ των ανθρώπινων νευρώνων και των εγκεφαλικών κυττάρων αλλά και του νωτιαίου μυελού του ποντικού.
Η δικτύωση των ανθρώπινων νευρώνων δεν είχαν την ίδια δομή με αυτή του ανθρώπινου εγκεφάλου, και ο εγκεφαλικός ιστός σε ανώριμο στάδιο, ανάλογο με εκείνο της μέσης εμβρυϊκής περιόδου.
Οι δοκιμές στα ποντίκια έδειξαν ότι δεν απέκτησαν ανώτερες νοητικές ικανότητες ως αποτέλεσμα των μεταμοσχεύσεων, αλλά παρατηρήθηκε μια μικρή βελτίωση στο ασταθές βάδισμά τους και τις γνωστικές τους ελλείψεις.
Προκειμένου να αποδείξουν ότι η συγκεκριμένη μελέτη στα ποντίκια θα μπορούσε να βοηθήσει στην μελέτη ορισμένων παθήσεων του ανθρώπινου εγκεφάλου, οι ερευνητές εξέθεσαν μερικά από τα ζώα σε συνθήκες υποξίας για πέντε ώρες. Η διαδικασία αυτή ανέδειξε πόσο ευάλωτα είναι τα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα στην έλλειψη οξυγόνου, έναν παράγοντα που κατά την διάρκεια της εγκυμοσύνης και του τοκετού μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλική παράλυση.
Παράλληλα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός στα ποντίκια ανέπτυξε νευρώνες von Economo, έναν σπάνιο τύπο κυττάρων που μέχρι σήμερα είχαν παρατηρηθεί μόνο σε μεταθανάτιες εξετάσεις. Τα συγκεκριμένα κύτταρα συγκαταλέγονται μεταξύ των πρώτων που εκφυλίζονται στην μετωποκροταφική άνοια, μια σπάνια μορφή της νόσου, την οποία ο Paşca ελπίζει τώρα να μελετήσει μέσω των συγκεκριμένων ποντικών.
Από την πλευρά της, η καθηγήτρια Madeline Lancaster, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του MRC στο Κέιμπριτζ, σημείωσε ότι η προσέγγιση αυτή απαντά σε ερωτήματα σχετικά με διαταραχές και θεραπείες που απαιτούν τη μελέτη ενός ολόκληρου οργανισμού. «Δεν είναι και τόσο σαφές πώς αυτή η μέθοδος θα συμβάλει στην κατανόηση της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς πρόκειται για μια τεχνητή προσέγγιση που απέχει κατά πολύ από τον τρόπο με τον οποίον ο εγκέφαλος αναπτύσσεται φυσιολογικά», είπε.
Η ίδια συμπλήρωσε ότι οι ερευνητές που ασχολούνται με την καλλιέργεια των οργανοειδών, τα καλλιεργούν in vitro, δηλαδή στο εργαστήριο, με στόχο ότι θα συμβάλουν στη μείωση του αριθμού των πειραματόζωων.
«Πρόκειται για ένα ηθικά ευαίσθητο ζήτημα και πρέπει να υπάρχει ένας πολύ σοβαρός επιστημονικός λόγος για να διεξαχθεί αυτού του είδους πειράματος σε ζώα», πρόσθεσε η Lancaster. «Παρότι, ο στόχος των ερευνητών εξακολουθεί να είναι η ανάπτυξη εξ ολοκλήρου in vitro μοντέλων, η συγκεκριμένη έρευνα προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την βελτίωση τους, ώστε να φτάσουν σε ωριμότερα στάδια ανάπτυξης στο εργαστήριο».
