Cercetătorii au creat șoareci cu creiere formate aproape pe jumătate din țesut uman, pentru a studia boli precum schizofrenia, epilepsia, paralizia cerebrală și unele forme rare de demență.
Echipa de la Universitatea Stanford a transplantat celule cerebrale umane crescute în laborator în șoareci modificați genetic pentru a se naște fără cortex cerebral și hipocamp. Lipsa acestor regiuni a creat spațiu pentru dezvoltarea țesutului uman în interiorul craniului animalelor, relatează The Guardian.
Ce urmăresc cercetătorii
Procedura le permite cercetătorilor să preleveze celule de la pacienți cu afecțiuni neurologice, să le transforme în țesut cerebral în laborator și apoi să urmărească evoluția acestuia într-un organism viu. Astfel, oamenii de știință pot studia modul în care bolile afectează țesutul cerebral uman și cum ar putea acționa anumite tratamente.
„Am încercat foarte mult, ca domeniu, să găsim soluții terapeutice pentru aceste afecțiuni. Realitatea este însă că psihiatria și neurologia au rămas în urmă față de aproape toate celelalte ramuri ale medicinei și avem mai puține tratamente”, a declarat Sergiu Pașca, profesor de psihiatrie la Stanford și coordonatorul cercetării.
„Acest lucru s-ar putea datora complexității creierului uman, dar și faptului că este un organ greu accesibil. În mare parte, obiectivul nostru a fost să facem anumite aspecte ale dezvoltării și funcționării creierului uman accesibile pentru cercetare”, a adăugat el.
Cum au fost creați șoarecii cu țesut cerebral uman
Cercetarea face parte din domeniul organoidelor neuronale. Acestea sunt structuri formate din celule cerebrale umane crescute în laborator, care pot reproduce unele dintre caracteristicile creierului real.
Într-un studiu anterior, echipa de la Stanford transplantase neuroni umani în creierul unor șobolani. Țesutul s-a integrat în circuitele cerebrale ale animalelor, însă spațiul disponibil era prea mic pentru ca acesta să se dezvolte semnificativ.
Pentru a rezolva problema, cercetătorii au modificat genetic șoarecii astfel încât dezvoltarea cortexului cerebral și a hipocampului să fie blocată. În mod surprinzător, animalele au supraviețuit, deoarece alte regiuni ale creierului au preluat unele dintre funcțiile zonelor lipsă.
Șoarecii au un aspect normal, dar sunt mai nesiguri în mers și prezintă probleme de memorie.
Cercetătorii au reprogramat celule provenite din pielea donatorilor pentru a obține organoide cerebrale umane. Puii de șoarece au primit mai multe injecții, fiecare conținând aproximativ 100.000 de celule cerebrale umane, în spațiile în care ar fi trebuit să se dezvolte propriul țesut cerebral.
În total, șoarecii nu aveau aproximativ 14 milioane de celule cerebrale proprii și au ajuns să aibă circa 4 milioane de celule umane. Astfel, țesutul uman a reprezentat aproximativ jumătate din volumul creierului lor.
La trei luni după transplant, țesutul uman se conectase la alimentarea cu sânge a animalelor și umpluse aproape în totalitate cavitatea disponibilă. Unele dintre neuronii umani au format conexiuni cu celulele cerebrale și măduva spinării șoarecilor.
Totuși, țesutul uman nu era organizat și conectat la fel ca un creier uman. Neuronii se aflau într-un stadiu imatur, echivalent cu cel întâlnit aproximativ la jumătatea sarcinii umane.
Ce au arătat primele experimente
Testele au arătat că transplanturile nu au îmbunătățit în mod semnificativ capacitățile șoarecilor, însă problemele de mers și unele dintre dificultățile cognitive s-au ameliorat ușor.
Pentru a demonstra modul în care modelul ar putea fi folosit pentru studierea bolilor neurologice, cercetătorii au expus unele dintre animale timp de cinci ore la un nivel scăzut de oxigen.
Experimentul a evidențiat vulnerabilitatea neuronilor umani la lipsa de oxigen, fenomen care, în timpul sarcinii sau al nașterii, poate contribui la apariția paraliziei cerebrale.
Cercetătorii au identificat, de asemenea, în țesutul uman neuroni von Economo, celule rare observate până acum în principal în examinări post-mortem. Acestea se numără printre primele celule care mor în cazul demenței frontotemporale, o formă rară de demență pe care Pașca speră să o poată studia cu ajutorul acestor șoareci.
Întrebările etice ridicate de cercetare
Organoidele cerebrale au stârnit și numeroase dezbateri etice, în special în privința posibilității ca astfel de structuri să dezvolte forme de conștiență sau să simtă durere, precum și în ceea ce privește bunăstarea animalelor în care sunt transplantate.
Pașca a precizat că cercetarea a fost supusă unei supravegheri etice extinse încă de la început.
Experții consideră însă că monitorizarea trebuie să continue. Emily Jackson, profesor de drept la London School of Economics și coordonatoarea unui raport recent privind aspectele etice ale organoidelor neuronale, a subliniat că bunăstarea animalelor este o preocupare importantă și că acestea trebuie monitorizate atent pentru a evalua efectele transplanturilor.
Cercetătorii caută în continuare alternative fără animale
Madeline Lancaster, cercetătoare la MRC Laboratory of Molecular Biology din Cambridge, consideră că metoda este mai potrivită pentru studierea bolilor și a tratamentelor în cazul cărora este necesar un organism întreg.
Ea este însă mai rezervată în privința utilității acestor modele pentru înțelegerea dezvoltării creierului uman, deoarece consideră că procesul este unul artificial și diferă de dezvoltarea naturală a creierului.
Mulți cercetători dezvoltă în prezent organoide cerebrale in vitro, în laborator, fără utilizarea animalelor. Unul dintre obiective este tocmai reducerea numărului de animale folosite în cercetare.
„Este evident că vorbim despre o zonă sensibilă din punct de vedere etic și trebuie să existe un motiv foarte bun pentru astfel de experimente pe animale, deoarece majoritatea direcțiilor de cercetare nu au nevoie de ele”, a spus Lancaster.
Cercetătorii urmăresc în continuare dezvoltarea unor modele complet in vitro, iar rezultatele noului studiu ar putea contribui la îmbunătățirea acestora și la obținerea unor țesuturi cerebrale mai mature.
