Kategorie Medycyna

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Po raz pierwszy tkanka mózgowa wyhodowana w warunkach laboratoryjnych spontanicznie zaczęła przejawiać aktywność elektryczną, która wygląda zaskakująco podobnie do aktywności obserwowanej w ludzkim mózgu.


Przełom

Problem w tym, że taką samą aktywność mózgu, jak w sztucznie wyhodowanych mózgach, można zauważyć u wcześniaków. Choć raport o tym zdumiewającym rozwoju jeszcze nie został zatwierdzony, może to być niebywały przełom, który umożliwi badanie zaburzeń mózgu pojawiających się na wczesnych etapach rozwoju.

Mimo, że wyników nie poddano jeszcze weryfikacji, niektórzy naukowcy są odrobinę zaniepokojeni, a samo badanie już zdążyło wywołać burzę w społeczności etycznej i naukowej.

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Organoidy

Te wyhodowane laboratoryjnie mini-mózgi znane są jako organoidy. Trójwymiarowe, miniaturowe i uproszczone wersje narządów hodowane są w laboratoriach do celów badawczych. Testuje się na nich reakcje na leki lub bada rozwój komórek w określonych warunkach.

Neurobiolog Alysson Muotri od kilku nad pracuje nad organoidami mózgowymi w swoim laboratorium na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Wraz z zespołem po raz pierwszy zaobserwował coś w rodzaju aktywności mózgowej w syntetycznych narządach.

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Mini-mózgi

Mini-mózgi wyhodowano z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych (komórki macierzyste, które mogą stać się dowolnym rodzajem innych komórek). „Puste miejsca” zostały zmodyfikowane tak, by rozwinąć się w komórki tworzące korę mózgową, która odpowiedzialna jest za pamięć, percepcję, funkcje poznawcze, myślenie i przetwarzanie sensoryczne.

Setki takich organoidów hodowano przez 10 miesięcy pod nieustannym nadzorem, by upewnić się, że zapewnione zostały właściwe geny do rozwoju mózgu. Sztuczne narządy monitorowano za pomocą elektroencefalografii (EEG).

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Aktywność

Jak wynika z raportu opublikowanego w czasopiśmie Nature, po 6 miesiącach mini-mózgi zaczęły wykazywać bardzo energiczną aktywność – znacznie większą, niż zaobserwowano kiedykolwiek wcześniej w organoidach.


Ta aktywność jednak nie przypominała zorganizowanej i przewidywalnej aktywności, którą można obserwować w mózgu osoby dorosłej. Wzorce były za to łudząco podobne do chaotycznych wybuchów zsynchronizowanej aktywności mózgu u wcześniaków.

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Podczas, gdy aktywność sieciowa organoidów nie wykazuje pełnej czasowej złożoności obserwowanej u dorosłych, schemat naprzemiennych okresów spokoju i zdarzeń synchronizowanych z siecią jest podobny do elektrofizjologicznych sygnatur obecnych u przedwcześnie urodzonych niemowląt.

Badanie EEG

Choć to nie dokładnie to samo, program komputerowy przeanalizował sygnatury EEG wcześniaków i był w stanie zidentyfikować wiele wspólnych cech. W ciągu 28 tygodni organoidy wydawały się rozwijać w podobny sposób, co niemowlęta.

Mini-mózgi nie są jednak takie same, jak rzeczywiste ludzkie. Są zmniejszone i uproszczone oraz nie posiadają innych regionów, z którymi mogłyby się połączyć. Zostały również zaprojektowane tak, by wykazywały niedobór białka niezbędnego dla normalnego funkcjonowania neuronów.

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Ważne badanie

Mimo istotnych różnic, odkrycia mogą stanowić ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia rozwoju mózgu. Narządy wcześniaków rzadko trafiają w ręce naukowców w celach badawczych, natomiast mózgi dorosłych osób są bardzo skomplikowane.

Naukowcy planują kontynuować badania, hodowla mini-mózgów wciąż więc istnieje. Zespół chce teraz sprawdzić, czy narządy będą się dalej rozwijać, a to z kolei budzi obawy innych.

Naukowcy wyhodowali mini-mózgi, których wzorce do złudzenia przypominają aktywność u wcześniaków

Kontrowersje

Wiele środowisk jest autentycznie zaniepokojone takim obrotem zdarzeń. Pojawiają się kwestie etyczne związane z bliskością rozwijania świadomości w warunkach laboratoryjnych. Jak dotąd żaden z mózgów nie wykazał oznak świadomości, jednak wszystko przed nami.

Z kolei naukowcy odpowiedzialni za eksperyment uspokajają. Biorąc pod uwagę staranną inżynierię organoidów, która ma zahamować normalne funkcjonowanie, zespół nie martwi się na tym etapie. Zapowiedział także, że jeśli oznaki świadomości zostaną zauważone, projekt zostanie zakończony.

Im bliżej przedwcześnie urodzonego noworodka, tym bardziej powinniśmy się martwić. – powiedział neuronaukowiec Christof Koch z Allen Institute for Brain Science w Seattle


Fotografie: biorxiv.org, sfn.org, nature.com