Επιστήμονες δημιούργησαν ποντίκια με (εν μέρει) ανθρώπινο εγκέφαλο

Ερευνητές δημιούργησαν ποντίκια με εγκέφαλο που αποτελείται κατά το ήμισυ από ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό, 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 είχαν αναπτυχθεί στο εργαστήριο σε ζώα τα οποία είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να γεννιούνται χωρίς εγκεφαλικό φλοιό ή ιππόκαμπο. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργήθηκε χώρος ώστε ο ανθρώπινος ιστός να αναπτυχθεί μέσα στο κρανίο των τρωκτικών.

Η διαδικασία επιτρέπει πλέον στους επιστήμονες να παίρνουν κύτταρα από ασθενείς με εγκεφαλικές διαταραχές να τα μετατρέπουν στο εργαστήριο σε εγκεφαλικό ιστό και στη συνέχεια να αναπτύσσουν αυτόν τον ιστό μέσα σε ζωντανά ζώα. Τα ζώα μπορούν κατόπιν να μελετηθούν για να διαπιστωθεί πώς εκδηλώνεται η συγκεκριμένη διαταραχή στον ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό και πώς τα φάρμακα θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν αυτές τις παθήσεις.

«Προσπαθούμε πραγματικά πολύ, ως επιστημονική κοινότητα, να βρούμε θεραπευτικές λύσεις για αυτές τις παθήσεις, αλλά η πραγματικότητα είναι ότι στην ψυχιατρική και τη νευρολογία έχουμε μείνει πίσω από κάθε άλλον κλάδο της ιατρικής και διαθέτουμε λιγότερες θεραπευτικές επιλογές από, και πάλι, κάθε άλλον κλάδο της ιατρικής» δήλωσε ο Σέργκιου Πάσκα καθηγητής ψυχιατρικής ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ.

«Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι εξαιρετικά πολύπλοκος, αλλά επίσης επειδή ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν είναι εύκολα προσβάσιμος. Σε μεγάλο βαθμό, ο στόχος μας ήταν να καταστήσουμε πτυχές της ανάπτυξης και της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου προσβάσιμες για μελέτη» λέει ο Πάσκα.

Η μέθοδος και τα αποτελέσματα

Η συγκεκριμένη εργασία αποτελεί την πιο πρόσφατη εξέλιξη στον τομέα των νευρικών οργανοειδών όπου ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα τα οποία αναπτύσσονται στο εργαστήριο, οργανώνονται σε μικροσκοπικές αλλά σύνθετες δομές που μιμούνται ορισμένα χαρακτηριστικά πραγματικών εγκεφάλων.

Παρότι η τεχνική θα μπορούσε να μεταμορφώσει την ιατρική του εγκεφάλου τα οργανοειδή έχουν προκαλέσει πλήθος ηθικών προβληματισμών, κυρίως σχετικά με το ενδεχόμενο αυτές οι συσσωματώσεις ιστού να αποκτήσουν συνείδηση ή να αισθάνονται πόνο αλλά και σχετικά με την ευζωία των ζώων στα οποία εμφυτεύονται οργανοειδή.

Ο Πάσκα δήλωσε ότι η εργασία είχε από την αρχή υποβληθεί σε εκτενή ηθική εποπτεία. Οι ειδικοί δήλωσαν ότι αυτή η εποπτεία θα πρέπει να συνεχιστεί. Η Έμιλι Τζάκσον καθηγήτρια Νομικής στο London School of Economics και πρόεδρος πρόσφατης έκθεσης του Nuffield Council on Bioethics σχετικά με τα νευρικά οργανοειδή, δήλωσε: «Η ευζωία των ζώων αποτελεί πραγματικά σημαντικό ζήτημα και θα είναι απαραίτητο να παρακολουθούνται στενά αυτά τα ζώα, ώστε να αξιολογούνται οι επιπτώσεις πάνω τους».

Σε προηγούμενη έρευνα η ομάδα του Στάνφορντ είχε μεταμοσχεύσει ανθρώπινους νευρώνες σε εγκεφάλους αρουραίων. Ο ιστός εγκαταστάθηκε και συνδέθηκε με τα εγκεφαλικά κυκλώματα των ζώων, όμως δεν υπήρχε αρκετός χώρος ώστε ο ανθρώπινος ιστός να αναπτυχθεί σημαντικά.

Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα οι ερευνητές τροποποίησαν γενετικά ποντίκια ώστε να περιορίσουν την ανάπτυξη δύο βασικών περιοχών του εγκεφάλου: του εγκεφαλικού φλοιού και του ιππόκαμπου. Παραδόξως τα ποντίκια επέζησαν επειδή τα υπόλοιπα τμήματα του εγκεφάλου ανέλαβαν νέους ρόλους. Παρότι εξωτερικά φαίνονται φυσιολογικά, τα ποντίκια είναι πιο επιφυλακτικά όταν περπατούν και έχουν μεγαλύτερη τάση να ξεχνούν.

Σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Nature» ο Πάσκα περιγράφει πώς τα ποντίκια έλαβαν ενέσεις με ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή, τα οποία είχαν δημιουργηθεί με επαναπρογραμματισμό δωρηθέντων κυττάρων του δέρματος. Τα νεογέννητα ποντίκια έλαβαν αρκετές ενέσεις καθεμία από τις οποίες περιείχαν περίπου 100,000 ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα στο χώρο όπου έλειπε ο δικός τους εγκεφαλικός ιστός.

Συνολικά από τα τρωκτικά έλειπαν περίπου 14 εκατομμύρια εγκεφαλικά κύτταρα ποντικιού και τελικά απέκτησαν περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπινα κύτταρα — δηλαδή ο ανθρώπινος ιστός αποτελούσε περίπου το μισό του εγκεφάλου τους ως προς τον όγκο.

Τρεις μήνες μετά την επέμβαση ο ανθρώπινος ιστός είχε συνδεθεί με την παροχή αίματος του ποντικιού και είχε σχεδόν γεμίσει ολόκληρη την κοιλότητα καταλαμβάνοντας περίπου το μισό μέγεθος του εγκεφάλου του τρωκτικού. Ορισμένοι ανθρώπινοι νευρώνες σχημάτισαν συνδέσεις με εγκεφαλικά κύτταρα και τον νωτιαίο μυελό του ποντικιού.

Οι ανθρώπινοι νευρώνες δεν είχαν οργανωθεί ούτε συνδεθεί με τον ίδιο τρόπο όπως στους ανθρώπους και ο εγκεφαλικός ιστός παρέμενε ανώριμος, αντίστοιχος με εκείνον που συναντάται περίπου στα μισά της ανθρώπινης εγκυμοσύνης.

Τα σπάνια κύτταρα

Οι δοκιμές στα συγκεκριμένα ποντίκια, που οι ερευνητές αποκαλούν «ξενοφλοιώδη» (xenocortical) ποντίκια έδειξαν ότι τα ζώα δεν παρουσίασαν ενίσχυση των ικανοτήτων τους λόγω των μεταμοσχεύσεων. Ωστόσο η ασταθής βάδισή τους και ορισμένα γνωστικά προβλήματα βελτιώθηκαν σε μικρό βαθμό.

Για να δείξουν πώς τα ποντίκια θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην κατανόηση ανθρώπινων εγκεφαλικών διαταραχών, οι ερευνητές εξέθεσαν ορισμένα από τα ζώα για πέντε ώρες σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου. Αυτό έδειξε πόσο ευάλωτα είναι τα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα στη στέρηση οξυγόνου, η οποία κατά την εγκυμοσύνη και τη γέννηση μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλική παράλυση.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι ο ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός μέσα στα ποντίκια περιείχε σπάνια κύτταρα, γνωστά ως νευρώνες von Economo, τα οποία μέχρι σήμερα είχαν παρατηρηθεί μόνο σε μεταθανάτιες εξετάσεις.

Αυτά τα κύτταρα είναι μεταξύ των πρώτων που πεθαίνουν στην μετωποκροταφική άνοια, μια σπάνια μορφή άνοιας, την οποία ο Pașca ελπίζει πλέον να μελετήσει χρησιμοποιώντας τα ξενοφλοιώδη ποντίκια.

Η καθηγήτρια Μάντελιν Λάνκαστερ επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο MRC Laboratory of Molecular Biology στο Κέιμπριτζ, δήλωσε ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση είναι καταλληλότερη για ερωτήματα σχετικά με διαταραχές και θεραπείες όπου απαιτείται η μελέτη ενός ολόκληρου ζώου. «Μου είναι λιγότερο ξεκάθαρο το πώς αυτή η προσέγγιση θα συμβάλει στην κατανόηση της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς είναι αρκετά τεχνητή και σε καμία περίπτωση δεν μοιάζει με τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται φυσιολογικά ο εγκέφαλος», είπε.

Πολλοί ερευνητές που εργάζονται πάνω στα εγκεφαλικά οργανοειδή τα αναπτύσσουν in vitro, δηλαδή σε εργαστηριακά δοχεία. Η ελπίδα είναι ότι αυτά θα βοηθήσουν στη μείωση του αριθμού των ζώων που χρησιμοποιούνται στην έρευνα.

«Πρόκειται προφανώς για ένα ζήτημα με σημαντικές ηθικές προεκτάσεις και πρέπει να υπάρχει ένας πολύ σοβαρός λόγος για να πραγματοποιείται αυτού του είδους η πειραματική έρευνα σε ζώα, την οποία οι περισσότερες επιστημονικές προσεγγίσεις δεν απαιτούν. Ο τομέας εξακολουθεί να επιδιώκει λύσεις που θα βασίζονται αποκλειστικά σε in vitro μοντέλα, όμως αυτή η εργασία μπορεί επίσης να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τι χρειάζεται για να βελτιώσουμε αυτά τα μοντέλα in vitro, ώστε να μπορούν να φτάσουν σε πιο ώριμα στάδια ανάπτυξης» εξηγεί η Λάνκαστερ.

Naftemporiki.gr