Dzisiaj sztuczne narządy nie są już fantazją, ale rzeczywistością: naczynia krwionośne i skóra są „hodowane w probówkach”, aktywnie rozwijane są technologie produkcji nowych płuc i serc. Jednak jednym z głównych wyzwań dla naukowców jest odtworzenie przynajmniej części złożonej struktury naszego mózgu.
Minimózgi, organelle wyhodowane z komórek macierzystych, pozwalają nam postawić w tym kierunku pierwsze kroki. Przeczytaj o tym, jak powstają, jak pomagają badać starzenie się i chorobę Alzheimera oraz czy miniaturowe fragmenty tkanki mogą nauczyć się myśleć tak jak my.
Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Ohio w USA wyhodowali prawie pełnoprawny odpowiednik ludzkiego mózgu o wielkości i rozwoju strukturalnym odpowiadającym pięciotygodniowemu płodowi. Najbardziej złożony model ludzkiego mózgu do tej pory lub „organoid mózgu”, jak nazywają go naukowcy, został stworzony w laboratorium dzięki bioinżynierii i wykorzystaniu komórek skóry dorosłego człowieka.
Organoid wyhodowany w laboratorium jest wynikiem czterech lat badań René Ananda, profesora Wydziału Biochemii i Farmakologii na Uniwersytecie Stanowym Ohio, oraz Susan McKay, asystentki badawczej. Głównym zadaniem naukowców było znalezienie odpowiedniej alternatywy dla mózgu gryzoni laboratoryjnych do przyszłych badań. Powstały organoid mózgowy jest nie tylko wygodniejszym modelem badawczym, ale także pozwala im uniknąć różnych trudności etycznych, jakie można napotkać w badaniu prawdziwej tkanki mózgowej.
Stworzenie organoidu rozpoczęło się od wykorzystania dorosłych komórek skóry, które zostały zmuszone do przekształcenia się w komórki pluripotencjalne – embrionalne komórki macierzyste zdolne do przekształcenia się w dowolny inny typ komórek w organizmie. Powstałe komórki, umieszczone w specjalnym środowisku imitującym stan prenatalny, posłużyły do stworzenia pewnego rodzaju tkanki, a następnie całego narządu.
W tym przypadku opatentowana metoda Ananda pozwoliła w ciągu 12 tygodni wyhodować model mózgu wielkości gumki do ołówka, o strukturze i 99% genów charakterystycznych dla normalnego 5-tygodniowego mózgu ludzkiego. Jest bardziej zaawansowany niż poprzednie modele – ma wszystkie główne obszary prawdziwego mózgu, wiele różnych typów komórek i niektóre części układu wzrokowego, ale brakuje mu układu naczyniowego, więc jego potencjał wzrostu jest nadal ograniczony. Zawiera jednak aksony, dendryty, astrocyty, oligodendrocyty i mikroglej i, tak jak prawdziwy mózg, może przekazywać sygnały chemiczne poprzez swoją strukturę.
Zdaniem naukowców takie organiczne tworzenie mózgu nie tylko pomaga w rozwiązaniu wielu kwestii etycznych, ale także może zapewnić szybsze i dokładniejsze testy leków. Stanowi również doskonałą podstawę dla bardziej zaawansowanych badań nad genetycznymi i środowiskowymi przyczynami zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego. Anand i McKay stworzyli już kilka modeli autyzmu, a także chorób Alzheimera i Parkinsona, opartych na wyhodowanym organoidzie. Dalszy jego rozwój, a także dodanie układu krążenia mogą pozwolić na badanie udarów. Ponadto na podstawie organoidów możliwe będzie głębsze badanie stanów urazowego uszkodzenia mózgu i stresu pourazowego.
Zespół ma nadzieję, że ich organoid stanie się częścią programu DARPA Microphysiological Systems, który wykorzystuje genetycznie zmodyfikowaną ludzką tkankę do naśladowania ludzkich systemów fizjologicznych.
Zdjęcie główne: jesse orrico/unsplash.com
