Ερευνητές του Πανεπιστημίου Στάνφορντ δημιούργησαν ποντίκια στα οποία ανθρώπινος εγκεφαλικός ιστός κατέλαβε περίπου το μισό του εγκεφάλου τους, με στόχο να μελετήσουν καλύτερα παθήσεις όπως η σχιζοφρένεια, η επιληψία, η εγκεφαλική παράλυση και ορισμένες μορφές άνοιας.
Οι επιστήμονες περιόρισαν γενετικά την ανάπτυξη δύο βασικών περιοχών του εγκεφάλου των ποντικιών, του εγκεφαλικού φλοιού και του ιππόκαμπου, ώστε να δημιουργηθεί χώρος για τον ανθρώπινο ιστό.
Στη συνέχεια εμφύτευσαν εγκεφαλικά οργανοειδή, μικροσκοπικές δομές που καλλιεργούνται στο εργαστήριο από ανθρώπινα κύτταρα και μιμούνται ορισμένα χαρακτηριστικά του εγκεφάλου. Τα οργανοειδή δημιουργήθηκαν από κύτταρα δέρματος δωρητών, τα οποία επαναπρογραμματίστηκαν ώστε να εξελιχθούν σε νευρικό ιστό.
Κάθε νεογέννητο ποντίκι δέχθηκε αρκετές εγχύσεις, με περίπου 100.000 ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα κάθε φορά.
Τρεις μήνες αργότερα, ο ανθρώπινος ιστός είχε αποκτήσει αιμάτωση και είχε καλύψει σχεδόν ολόκληρο τον διαθέσιμο χώρο. Τα ποντίκια είχαν πλέον περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα, τα οποία καταλάμβαναν περίπου το μισό του εγκεφάλου τους σε όγκο.
Ορισμένοι ανθρώπινοι νευρώνες συνδέθηκαν μάλιστα με εγκεφαλικά κύτταρα των ποντικιών και με τον νωτιαίο μυελό.
Τι ακριβώς δημιούργησαν οι επιστήμονες
Παρά την εντυπωσιακή έκταση του ανθρώπινου ιστού, οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι δεν επρόκειτο για μισό ανθρώπινο εγκέφαλο μέσα σε ένα ποντίκι.
Ο ιστός δεν είχε την οργάνωση και τις νευρωνικές συνδέσεις ενός ανθρώπινου εγκεφάλου και παρέμεινε ανώριμος. Η ανάπτυξή του αντιστοιχούσε περίπου σε εκείνη του εγκεφάλου ενός ανθρώπινου εμβρύου στα μισά της εγκυμοσύνης.
Τα ποντίκια επίσης δεν απέκτησαν καλύτερες γνωστικές ικανότητες εξαιτίας των ανθρώπινων κυττάρων.
Ο επικεφαλής της έρευνας, καθηγητής Ψυχιατρικής Σέργκιου Πάσκα, εξηγεί ότι ο στόχος είναι να γίνει ευκολότερη η μελέτη ανθρώπινων νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων, καθώς ο εγκέφαλος παραμένει ένα από τα δυσκολότερα όργανα για άμεση έρευνα.
Η νέα μέθοδος θα μπορούσε στο μέλλον να επιτρέπει στους επιστήμονες να παίρνουν κύτταρα από έναν ασθενή, να τα μετατρέπουν σε εγκεφαλικό ιστό και να παρακολουθούν πώς εκδηλώνεται η νόσος. Θα μπορούσαν επίσης να δοκιμάζουν πάνω στον ίδιο ιστό πιθανές θεραπείες.
Ο Πάσκα σημείωσε ότι η ψυχιατρική και η νευρολογία διαθέτουν πολύ λιγότερες θεραπευτικές επιλογές από άλλους κλάδους της ιατρικής και θεωρεί ότι ένας από τους λόγους είναι ακριβώς η δυσκολία μελέτης του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Γιατί χρησιμοποίησαν ποντίκια με «κενό» στον εγκέφαλο
Η ομάδα του Στάνφορντ είχε εμφυτεύσει και στο παρελθόν ανθρώπινους νευρώνες σε εγκεφάλους αρουραίων. Τα κύτταρα επιβίωσαν και ενσωματώθηκαν στα νευρωνικά κυκλώματα των ζώων, αλλά δεν είχαν αρκετό χώρο για να αναπτυχθούν.
Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, αυτή τη φορά οι επιστήμονες περιόρισαν εξαρχής την ανάπτυξη του φλοιού και του ιππόκαμπου.
Παρά την παρέμβαση, τα ποντίκια επέζησαν, καθώς άλλα τμήματα του εγκεφάλου ανέλαβαν ορισμένες από τις λειτουργίες που έλειπαν. Εξωτερικά έμοιαζαν φυσιολογικά, αν και κινούνταν πιο διστακτικά και εμφάνιζαν προβλήματα μνήμης. Μετά την εμφύτευση του ανθρώπινου ιστού, ορισμένες από αυτές τις δυσκολίες βελτιώθηκαν ελαφρά.
Για να δοκιμάσουν στην πράξη τις δυνατότητες του νέου μοντέλου, οι επιστήμονες εξέθεσαν ορισμένα ποντίκια σε χαμηλά επίπεδα οξυγόνου για πέντε ώρες.
Έτσι μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την αντίδραση των ανθρώπινων νευρικών κυττάρων στην έλλειψη οξυγόνου, η οποία κατά την εγκυμοσύνη ή τον τοκετό μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλική παράλυση.
Στον ανθρώπινο ιστό εντόπισαν επίσης σπάνια κύτταρα, γνωστά ως νευρώνες von Economo. Μέχρι σήμερα έχουν μελετηθεί κυρίως σε εγκεφάλους μετά θάνατον και είναι από τα πρώτα κύτταρα που καταστρέφονται στη μετωποκροταφική άνοια.
Ο Πάσκα ελπίζει ότι τα ποντίκια αυτά θα επιτρέψουν στους ερευνητές να παρακολουθήσουν για πρώτη φορά πιο άμεσα τι συμβαίνει σε αυτά τα κύτταρα καθώς εξελίσσεται η νόσος.
Τα ηθικά ερωτήματα
Η ανάπτυξη ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού μέσα σε ζώα συνοδεύεται αναπόφευκτα από ηθικά ερωτήματα. Μεταξύ αυτών είναι το αν τέτοιες δομές θα μπορούσαν κάποτε να αποκτήσουν χαρακτηριστικά που σχετίζονται με συνείδηση ή αίσθηση πόνου, αλλά και το πώς επηρεάζεται η ευζωία των πειραματόζωων.
Ο Πάσκα ανέφερε ότι η έρευνα πέρασε από εκτεταμένο ηθικό έλεγχο ήδη από τα πρώτα της στάδια.
Η Έμιλι Τζάκσον, καθηγήτρια Νομικής στο London School of Economics και πρόεδρος πρόσφατης επιτροπής για τα νευρωνικά οργανοειδή, υπογράμμισε ότι τα ζώα θα πρέπει να παρακολουθούνται στενά.
«Η ευζωία των ζώων είναι εξαιρετικά σημαντικό ζήτημα και θα χρειαστεί να παρακολουθούνται προσεκτικά ώστε να αξιολογηθεί η επίδραση που έχει πάνω τους αυτή η διαδικασία», είπε.
«Δεν αναπτύσσεται έτσι φυσιολογικά ο ανθρώπινος εγκέφαλος»
Επιφυλάξεις εξέφρασε και η Μάντελιν Λάνκαστερ, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο MRC Laboratory of Molecular Biology στο Κέιμπριτζ.
Όπως σημείωσε, η μέθοδος μπορεί να αποδειχθεί πολύτιμη για τη μελέτη παθήσεων ή θεραπειών που απαιτούν τη λειτουργία ενός ολόκληρου οργανισμού. Θεωρεί όμως λιγότερο σαφές κατά πόσο μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη φυσιολογική ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς το συγκεκριμένο μοντέλο δημιουργείται με τρόπο πολύ διαφορετικό από τη φυσική ανάπτυξη.
Πολλά εργαστήρια προσπαθούν παράλληλα να εξελίξουν εγκεφαλικά οργανοειδή που θα αναπτύσσονται αποκλειστικά στο εργαστήριο, χωρίς να χρειάζεται να εμφυτευθούν σε ζώα.
Η Λάνκαστερ τόνισε ότι τέτοιου είδους πειράματα πρέπει να γίνονται μόνο όταν υπάρχει ισχυρή επιστημονική αιτιολόγηση. Πρόσθεσε, ωστόσο, ότι η συγκεκριμένη έρευνα μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν τι χρειάζεται ακόμη ώστε τα εργαστηριακά οργανοειδή να ωριμάζουν περισσότερο χωρίς τη χρήση πειραματόζωων.
Με πληροφορίες από Guardian
