Εμφύτευση ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων σε αρουραίους για μελέτη ψυχιατρικών διαταραχών

Επιστήμονες εμφύτευσαν με επιτυχία και ενσωμάτωσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα σε νεογέννητους αρουραίους, δημιουργώντας έναν νέο τρόπο μελέτης περίπλοκων ψυχιατρικών διαταραχών όπως η σχιζοφρένεια και ο αυτισμός και ίσως τελικά να δοκιμάσουν νέες θεραπείες.

Η μελέτη του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσονται αυτές οι διαταραχές είναι απίστευτα δύσκολη, εξηγούν οι επιστήμονες, αναφέροντας ότι τα ζώα δεν τις βιώνουν όπως οι άνθρωποι και οι άνθρωποι δεν μπορούν απλώς να εγχειριστούν στον εγκέφαλο για να γίνουν έρευνες.

Οι επιστήμονες μπορούν να συναρμολογήσουν μικρά τμήματα ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού από βλαστοκύτταρα σε τρυβλία Petri, και το έχουν ήδη κάνει με περισσότερες από δώδεκα περιοχές του εγκεφάλου.

Αλλά στα «πιάτα» αυτά του Petri, «οι νευρώνες δεν μεγαλώνουν στο μέγεθος που θα μεγάλωνε ένας ανθρώπινος νευρώνας σε έναν πραγματικό ανθρώπινο εγκέφαλο», δήλωσε ο Sergiu Pasca, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής ψυχιατρικής και συμπεριφορικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.

Eξήγησε ακόμη ότι απομονωμένοι από ένα σώμα, δεν μπορούν να μας πουν ποια συμπτώματα θα προκαλέσει μια διαταραχή.

Έτσι για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές εμφύτευσαν τις ομάδες ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, που ονομάζονται οργανοειδή, στον εγκέφαλο νεαρών αρουραίων.

Η ηλικία των αρουραίων ήταν σημαντική: Ανθρώπινοι νευρώνες είχαν εμφυτευθεί σε ενήλικους αρουραίους στο παρελθόν, αλλά ο εγκέφαλος ενός ζώου σταματά να αναπτύσσεται σε μια ορισμένη ηλικία, περιορίζοντας το πόσο καλά μπορούν να ενσωματωθούν τα εμφυτευμένα κύτταρα.

«Με τη μεταφύτευσή τους σε αυτά τα πρώιμα στάδια, ανακαλύψαμε ότι αυτά τα οργανοειδή μπορούν να αναπτυχθούν σε σχετικά μεγάλο μέγεθος, αγγειοποιούνται (λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά) από τον αρουραίο και μπορούν να καλύψουν περίπου το ένα τρίτο του ημισφαιρίου (εγκεφάλου) ενός αρουραίου», είπε ο Pasca.

Για να ελεγχθεί πόσο καλά ενσωματώθηκαν οι ανθρώπινοι νευρώνες με τους εγκεφάλους και τα σώματα του αρουραίου, αέρας διοχετεύθηκε στα μουστάκια των ζώων, γεγονός που προκάλεσε ηλεκτρική δραστηριότητα στους ανθρώπινους νευρώνες.

Αυτό έδειξε μια σύνδεση εισόδου, δηλαδή μια εξωτερική διέγερση του σώματος του αρουραίου που υποβλήθηκε σε επεξεργασία από τον ανθρώπινο ιστό στον εγκέφαλο.

Οι επιστήμονες στη συνέχεια δοκίμασαν το αντίστροφο: Θα μπορούσαν οι ανθρώπινοι νευρώνες να στείλουν σήματα πίσω στο σώμα του αρουραίου;

Εμφύτευσαν ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα αλλαγμένα ώστε να ανταποκρίνονται στο μπλε φως και στη συνέχεια εκπαίδευσαν τους αρουραίους να περιμένουν μια «ανταμοιβή» νερού από ένα στόμιο όταν μπλε φως έλαμψε στους νευρώνες μέσω ενός καλωδίου στο κρανίο των ζώων.

Μετά από δύο εβδομάδες, ο παλμός του μπλε φωτός οδήγησε τους αρουραίους να σκαρφαλώνουν στο στόμιο, σύμφωνα με την έρευνα που δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature.

Η ομάδα χρησιμοποίησε τώρα την τεχνική για να δείξει ότι τα οργανοειδή που αναπτύχθηκαν από ασθενείς με σύνδρομο Timothy αναπτύσσονται πιο αργά και εμφανίζουν λιγότερη ηλεκτρική δραστηριότητα από αυτά υγειών ανθρώπων.

Η Tara Spires-Jones, καθηγήτρια στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Άνοιας του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, είπε ότι η εργασία «έχει τη δυνατότητα να προωθήσει όσα γνωρίζουμε για την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου και τις νευροαναπτυξιακές διαταραχές».

Ωστόσο, σημείωσε ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες «δεν αναπαρήγαγαν όλα τα σημαντικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου αναπτυσσόμενου εγκεφάλου» και χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να διασφαλιστεί ότι η τεχνική είναι ένα «στιβαρό μοντέλο».

Η Spires-Jones, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα, επεσήμανε επίσης πιθανά ηθικά ερωτήματα, «συμπεριλαμβανομένου του εάν αυτοί οι αρουραίοι θα έχουν περισσότερη ανθρώπινη σκέψη και συνείδηση».

Ο Pasca είπε ότι οι προσεκτικές παρατηρήσεις των αρουραίων έδειξαν ότι τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα δεν τα άλλαξαν ή δεν προκαλούσαν πόνο.

«Δεν υπάρχουν αλλαγές στη συμπεριφορά των αρουραίων ή στην ευημερία τους, δεν υπάρχουν αυξήσεις λειτουργιών», είπε.

Υποστήριξε ότι οι περιορισμοί στο πόσο βαθιά ενσωματώνονται οι ανθρώπινοι νευρώνες με τον εγκέφαλο του αρουραίου παρέχουν «φυσικά εμπόδια» που εμποδίζουν το ζώο να γίνει «πολύ ανθρώπινο».

Ο εγκέφαλος των αρουραίων αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα από τον ανθρώπινο, «άρα υπάρχουν τόσα πολλά που ο φλοιός του αρουραίου μπορεί να ενσωματώσει», είπε.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

Αλλά σε είδη πιο κοντά στους ανθρώπους, αυτά τα εμπόδια μπορεί να μην υπάρχουν πλέον και ο Pasca είπε ότι δεν θα υποστήριζε τη χρήση της τεχνικής σε πρωτεύοντα θηλαστικά, προς το παρόν.

Πιστεύει ωστόσο ότι υπάρχει μια «ηθική επιταγή» να βρεθούν τρόποι για την καλύτερη μελέτη και θεραπεία ψυχιατρικών διαταραχών.

«Σίγουρα όσο πιο ανθρώπινα γίνονται αυτά τα μοντέλα, τόσο πιο άβολα νιώθουμε», είπε.