Vedci úspešne transplantovali zhluky ľudských neurónov do mozgu novonarodených myší, čo je pozoruhodný počin biologického inžinierstva, ktorý by mohol poskytnúť realistickejšie modely neurologických stavov, ako je autizmus, a ako spôsob obnovy zranených mozgov môže fungovať.
jeden v štúdium Vedci zo Stanfordu, zverejnené v stredu, uviedli, že zhluky ľudských buniek, známe ako „organoidy“, sa vyvinuli do miliónov nových neurónov a zapájali sa do ich nového nervového systému. Akonáhle boli organoidy zapojené do mozgu myší, zvieratá mohli prijímať zmyslové signály z ich fúzov a pomáhať generovať príkazové signály na riadenie ich pohybov.
Neurovedec Dr Sergiu Pasca, ktorý viedol výskum, povedal, že on a jeho kolegovia teraz používajú transplantované neuróny, aby sa dozvedeli o biológii autizmu, schizofrénie a iných vývojových porúch.
„Ak naozaj chceme riešiť biológiu týchto stavov, budeme potrebovať komplexnejšie modely ľudského mozgu,“ povedal Dr. Paska.
V roku 2009, po školení v medicíne v Rumunsku, sa Dr. Pasca pripojil k Stanfordu ako postdoktorandský výskumník, aby sa naučil, ako vyrobiť ľudské neuróny v miske. On a jeho kolegovia odobrali kožné bunky dobrovoľníkom a osprchovali ich chemikáliami, ktoré zmenili ich charakter. Teraz boli ako embryonálne bunky, ktoré sa mohli stať akýmkoľvek tkanivom v tele.
Pridaním ďalších chemikálií vedci prinútili bunky, aby sa vyvinuli na neuróny. Potom mohli sledovať, ako pulzy napätia zostrelili dĺžku neurónov, keď ležali v miske.
Dr Pascha a jeho kolegovia urobili rovnaký experiment znova, tentoraz s použitím kožných buniek od ľudí s Timothyho syndrómZriedkavá forma autizmu spôsobená jedinou mutáciou, ktorá vedie k závažným srdcovým problémom, ako aj k narušeniu jazykových a sociálnych zručností.
Rastúce neuróny Timothyho syndrómu v miske, Dr. Pascha vidí mnohé Rozdiel medzi nimi a špecifickými neurónmi. Napríklad v nadbytku produkovali signálne chemikálie, ako je dopamín.
Skúmanie jednotlivých buniek však môže poskytnúť len obmedzený počet kľúčov o tomto stave. Dr. Pascha mal podozrenie, že by sa mohol dozvedieť viac štúdiom tisícov neurónov spojených do okruhov tzv časti mozgu,
Nový chemický recept umožnil doktorovi Paschovi napodobniť situáciu vo vyvíjajúcom sa mozgu. Po kúpaní v tomto vývare sa kožné bunky zmenili na progenitorové mozgové bunky, ktoré sa následne stali spleťou neurónov nachádzajúcich sa vo vonkajších vrstvách mozgu, nazývaných kôra.
V neskoršej štúdii on a jeho kolegovia spojili tri organoidy: jeden vyrobený z kôry, ďalší z miechy a tretina zo svalových buniek. Stimulácia organoidov kôry vedie k svalovým bunkám Zmluva,
Ale organoidy nie sú ani zďaleka miniatúrne mozgy. Po prvé, ich neuróny zostávajú nedostatočne vyvinuté. Po druhé, nie sú tak elektricky aktívne ako bežné neuróny v živom mozgu. „Je jasné, že tieto modely majú viacero obmedzení,“ povedal doktor Paska.
Vedci začali vkladať organoidy do živých mozgov a verili, že Petriho misky obmedzujú rast organoidov. V roku 2018 neurovedec Fred Gage a jeho kolegovia v Salkovom inštitúte pre biologické štúdie transplantované Ľudský mozog je organizovaný v mozgu dospelých potkanov. Ľudské neuróny pokračovali v dozrievaní, keď ich mozog potkana zásoboval krvnými cievami.
Odvtedy doktor Gage a ďalší výskumníci implantovali organoidy do zadnej časti mozgu, kde myši vnímajú signály z očí. Keď zvieratá videli pulzujúce záblesky bieleho svetla, ľudské organoidné neuróny reagovali rovnakým spôsobom ako bunky myši. štúdium Uverejnené online v júni, ktoré ešte nebolo recenzované.
Dr. Pascha a jeho tím tiež pracovali na transplantáciách organoidov, ale rozhodli sa ich vložiť skôr mladým hlodavcom ako dospelým. Deň alebo dva po narodení potkana vedci vstrekli organoid veľkosti maku do oblasti mozgu nazývanej somatosenzorická kôra, ktorá spracováva dotyk, bolesť a ďalšie signály z celého tela. U potkanov je oblasť obzvlášť citlivá na signály z ich fúzov.
Ľudské neuróny sa množia v mozgu potkana, až kým ich počet nie je asi tri milióny, pričom tvoria asi tretinu kôry na jednej strane mozgu potkana. Každá bunka v organoide je šesťkrát dlhšia ako v Petriho miske. Bunky sa tiež stali aktívnymi ako neuróny v ľudskom mozgu.
Ešte prekvapivejšie je, že ľudské organoidy sa dostali do mozgu potkana. Nepripájali sa len na blízke neuróny, ale aj na vzdialené.
Tieto spojenia spôsobili, že ľudské neuróny boli citlivé na potkanie zmysly. Keď výskumníci fúkali poryvy vetra na fúzy potkana, jeho ľudská končatina v reakcii praskla.
Dr. Paska a jeho kolegovia tiež uskutočnili experimenty, aby zistili, ako organoidy ovplyvnili správanie potkanov pomocou vodných fontán v ich komorách.
Po 15 dňoch tréningu sa potkany naučili, že keď sú ich organoidy stimulované, môžu sa napiť z fontány. Ľudské organoidy zjavne posielali správy do oblastí mozgu myší, ktoré hľadajú odmenu.
Tieto experimenty s miešaním druhov vyvolávajú provokatívne etické otázky. Pred začatím práce sa doktor Paska poradil s odborníkmi z Centra pre právo a biologické vedy v Stanforde, ktorí ho vyzvali, aby venoval osobitnú pozornosť bolesti a blahu zvierat.
„Nezaujíma vás len to, koľko potkanov je v klietke alebo ako dobre sú kŕmené,“ povedal profesor práva zo Stanfordu Henry Greeley. „Je to nový druh vecí. Nevieš, čo môžeš vidieť.“
Tím doktora Pasku nenašiel žiadne dôkazy o tom, že by potkany pociťovali bolesť, boli náchylné na záchvaty alebo mali stratu pamäti či kontroly nad svojimi pohybmi. „Ukazuje sa, že myši tolerujú ľudské štepenie naozaj dobre,“ povedal Dr. Pasca.
Giorgia Quadrato, neurobiologička z University of Southern California, ktorá nebola zapojená do novej štúdie, povedala, že ľudské organoidy nerobia z myší viac ľudí. Napríklad v testoch učenia nedosiahli lepšie výsledky ako iné potkany.
„Sú to potkany a živé potkany,“ povedal doktor Quadrato. „Z etického hľadiska by to malo byť upokojujúce.“
To však nemusí byť pravda, ak vedci vložia ľudské organoidy do blízkeho príbuzného človeka, ako je opica alebo šimpanz. „Bola by to dobrá príležitosť stanoviť usmernenia pre prácu v správnom etickom rámci v budúcnosti,“ povedala.
Dr Paska povedal, že podobnosti medzi primátmi a ľuďmi by mohli umožniť organoidom rásť ďalej a hrať väčšiu úlohu v mentálnych procesoch zvierat. „Nie je to niečo, čo by sme robili alebo k tomu povzbudzovali,“ povedal.
Namiesto toho používa transplantované organoidy na štúdium neurologických porúch. V jednom experimente tím doktora Pasku transplantoval organoid od pacienta s Timothyho syndrómom na jednu stranu mozgu potkana a ďalší organoid bez mutácie na druhú stranu.
Oba organoidy rástli u myší. Neuróny Timothyho syndrómu však vyvinú dvakrát toľko vetiev, ktoré sa nazývajú dendrity, aby mohli prijímať prichádzajúce signály. Ba čo viac, dendrity boli menšie.
Dr. Paska dúfa, že uvidí rozdiely v tom, ako sa myši správajú, keď odoberajú mozgové organoidy ľuďom s autizmom a inými neurologickými ochoreniami. Experimenty, ako je tento, by mohli pomôcť odhaliť, ako určité mutácie menia spôsob fungovania mozgu.
Neurochirurg a výskumník organoidov na Pensylvánskej univerzite, Dr. Isaac Chen, ktorý nebol zapojený do výskumu, videl v novej štúdii ďalšiu možnosť: opravu poranení ľudského mozgu.
Dr. Chen vizualizoval mozgové orgány vyrastajúce z kože pacienta s poškodenou kôrou. Po injekcii do mozgu pacienta môže organoid rásť a spájať sa so zdravými neurónmi.
„Myšlienka tu určite je,“ povedal. „Je to len otázka, ako to využijeme a posunieme to na ďalšiu úroveň?“
Web nerd. Organizátor extrémov. Spisovateľ. Evanjelista celkom potravín. Certifikovaný introvert.
