Έφτιαξαν μίνι ανθρώπινο εγκέφαλο στο εργαστήριο

Επιστήμονες στο Johns Hopkins University κατάφεραν να δημιουργήσουν, για πρώτη φορά, ένα εργαστηριακό πρότυπο που μιμείται σχεδόν ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, συμπεριλαμβανομένων βασικών αιμοφόρων αγγείων και νευρωνικής δραστηριότητας. Το εγχείρημα αυτό ανοίγει νέους δρόμους στην έρευνα για ασθένειες όπως η σχιζοφρένεια, ο αυτισμός και το Αλτσχάιμερ, προσφέροντας ένα μοντέλο που προσεγγίζει πολύ περισσότερο την ανθρώπινη βιολογία σε σύγκριση με τα μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενα ζωικά πρότυπα.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής την Άννυ Καθουριά, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του Johns Hopkins, δημιούργησε ένα «πολυπεριοχικό εγκεφαλικό οργανοειδές» (Multi-Region Brain Organoid – MRBO). Σε αντίθεση με τα μέχρι πρότινος μονοδιάστατα οργανοειδή, τα οποία απεικόνιζαν μεμονωμένα τμήματα του εγκεφάλου όπως ο φλοιός ή η παρεγκεφαλίδα, το MRBO ενσωματώνει κύτταρα από διάφορες περιοχές, τα οποία επικοινωνούν μεταξύ τους και παράγουν ηλεκτρικά σήματα, προσομοιώνοντας την πρώιμη ανάπτυξη του εγκεφάλου.

Η δημοσίευση των αποτελεσμάτων έγινε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Science και χαρακτηρίστηκε ως ένα από τα πρώτα βήματα προς την κατεύθυνση ενός οργανοειδούς που μιμείται λειτουργικά ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Μέχρι σήμερα, η έρευνα για νευροψυχιατρικές παθήσεις γινόταν κυρίως μέσω πειραμάτων σε ζώα, με προφανείς περιορισμούς. Η δημιουργία ανθρώπινων μοντέλων με βιολογική δραστηριότητα και κύτταρα του ίδιου είδους μπορεί να επιτρέψει την παρακολούθηση και κατανόηση διαταραχών όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια σε πραγματικό χρόνο.

Για την κατασκευή του MRBO, η ερευνητική ομάδα καλλιέργησε ξεχωριστά εγκεφαλικούς ιστούς από διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου καθώς και αρχέγονα αιμοφόρα αγγεία. Στη συνέχεια, τα μέρη ενώθηκαν με τη βοήθεια πρωτεϊνών που λειτουργούν ως «βιολογική κόλλα», επιτρέποντας στα κύτταρα να αλληλεπιδρούν και να σχηματίζουν ένα συνδεδεμένο, λειτουργικό δίκτυο. Πολύ σύντομα μετά τη συγχώνευση, οι ιστοί άρχισαν να επιδεικνύουν νευρωνική δραστηριότητα, ανταποκρινόμενοι όπως ένα οργανωμένο σύστημα.

Αν και πολύ μικρότερο από έναν πλήρη εγκέφαλο —περιέχει περίπου 6 έως 7 εκατομμύρια νευρώνες, σε σύγκριση με τα δεκάδες δισεκατομμύρια ενός ενήλικου ανθρώπινου εγκεφάλου— το MRBO αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο για την παρακολούθηση της εξέλιξης του εγκεφάλου και την αξιολόγηση θεραπειών σε αρχικό στάδιο. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι το μίνι οργανοειδές περιλαμβάνει περίπου το 80% των κυτταρικών τύπων που εμφανίζονται στο πρώιμο στάδιο ανάπτυξης ενός εμβρυϊκού εγκεφάλου 40 ημερών.

Ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο ήταν ο εντοπισμός ενός πρωτογενούς φραγμού αίματος-εγκεφάλου, ενός κυτταρικού φραγμού που ρυθμίζει ποια μόρια μπορούν να περάσουν στον εγκέφαλο. Η ύπαρξή του ενισχύει τη χρησιμότητα του MRBO ως μοντέλου προσομοίωσης για την ανάπτυξη φαρμάκων.

Αν θέλουμε να κατανοήσουμε τις νευροαναπτυξιακές ή νευροψυχιατρικές διαταραχές, χρειαζόμαστε μοντέλα βασισμένα σε ανθρώπινα κύτταρα. Δεν μπορούμε να ζητήσουμε από έναν άνθρωπο να μας αφήσει να “κοιτάξουμε” στον εγκέφαλό του για να μελετήσουμε τον αυτισμό. Το MRBO μας επιτρέπει να παρακολουθούμε πώς εξελίσσονται οι διαταραχές, αν δουλεύουν οι θεραπείες και ακόμη να τις προσαρμόζουμε σε συγκεκριμένους ασθενείς.

Μάλιστα, οι ερευνητές θεωρούν πως η χρήση τέτοιων οργανοειδών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την επιτυχία των πειραμάτων φαρμάκων. Σήμερα, το 85% έως 90% των νέων φαρμάκων αποτυγχάνουν στις κλινικές δοκιμές Φάσης 1, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό αποτυχίας για φάρμακα νευροψυχιατρικής αγγίζει το 96%. Η αποτυχία αυτή αποδίδεται στο γεγονός ότι η αρχική φάση των δοκιμών βασίζεται κυρίως σε ζωικά μοντέλα, τα οποία δεν αντικατοπτρίζουν πιστά την ανθρώπινη νευροβιολογία.

Η κ. Καθουριά σημειώνει ότι οι διαταραχές όπως ο αυτισμός, η σχιζοφρένεια και το Αλτσχάιμερ δεν περιορίζονται σε ένα μόνο τμήμα του εγκεφάλου, αλλά επηρεάζουν το σύνολό του.

Αν καταλάβουμε τι πηγαίνει στραβά από τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, ίσως μπορέσουμε να βρούμε νέους στόχους για την ανακάλυψη φαρμάκων. Μπορούμε να δοκιμάσουμε νέες ουσίες στα οργανοειδή και να διαπιστώσουμε αν επιδρούν πραγματικά στον εγκεφαλικό ιστό.

Η καινοτομία αυτή του Johns Hopkins αποτελεί μια εντυπωσιακή τομή στη νευροεπιστήμη και πιθανόν να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο μελετώνται και θεραπεύονται οι εγκεφαλικές διαταραχές στο μέλλον.

[via]