Istraživači godinama traže načine proučavanja ljudskog moždanog tkiva, od stanica uzgojenih u laboratorijskim posudama do malenih trodimenzionalnih struktura zvanih organoidi.No, čak i najnaprednijim organoidima nešto nedostaje – tijelo kojim mozak inače upravlja.
Neuroznanstvenici sa Sveučilišta Stanford (SAD) napravili su velik korak prema rješavanju tog problema. Uzgojili su ljudsko moždano tkivo (kortikalno tkivo) unutar miševa kojima je vlastiti moždani korteks – vanjski sloj mozga – bio uvelike genetski zakržljao u ranoj fazi razvoja.
U roku od tri mjeseca, ljudsko se tkivo proširilo i činilo više od 90 posto volumena kortikalnog tkiva. Do tog je trenutka tkivo razvilo krvne žile, povezalo se s mišjim živčanim sustavom, postalo električki aktivno i poslalo izdanke sve do leđne moždine.
Iako većina kortikalnog tkiva u njima potječe od čovjeka, to su i dalje bili miševi, s mišjim živčanim sustavom, osjetilnim organima i subkortikalnim strukturama. Moždani su organoidi posljednjih godina postali vrlo sofisticirani.
Znanstvenici sada mogu uzgajati nakupine moždanog tkiva koje sadrže širok raspon vrsta stanica prisutnih u živčanom sustavu čovjeka tijekom razvoja, pa čak i spajati organoide koji predstavljaju različita područja mozga u složenije strukture zvane asambloidi. No, postoje granice onoga što se može postići u laboratorijskoj posudi. Izolirani organoid nema opskrbu krvlju, ne prima osjetilne informacije za obradu niti upravlja mišićima.
Uz pomoć genetske modifikacije
Istraživači su 2022. godine presadili ljudske kortikalne organoide u novorođene štakore. Ondje su ljudski neuroni sazreli, integrirali se u mozak štakora, pa čak i reagirali na osjetilne informacije primljene putem brkova.
Ipak, postojao je problem. Ljudski se neuroni razvijaju znatno sporije od neurona glodavaca. Ti su se sustavi u razvoju natjecali za isti prostor. Stoga su istraživači uklonili konkurenciju.
Kako bi to postigli, genetski su modificirali miševe, pa im se veći dio moždane kore i hipokampusa uopće nije razvio. Te su životinje nazvali apalijalnim miševima.
Neki su tako uzgajani do odrasle dobi. Drugima su ubrzo nakon rođenja presađeni ljudski kortikalni organoidi, čime su nastali takozvani ksenokortikalni miševi.
Kako su miševi tijekom sljedećih mjeseci rasli i sazrijevali, presađeno tkivo raslo je zajedno s njima, znatno se šireći kroz prazan prostor moždane kore. Dobiveno tkivo nije bilo preslika ljudske moždane kore.
Čak i nakon otprilike šest mjeseci ostalo je razvojno nezrelo – otprilike na stupnju razvoja ljudske moždane kore sredinom trudnoće – bez organiziranih slojeva karakterističnih za zrelu moždanu koru. Unatoč tome, počelo je stvarati neurone koje su istraživači teško uspijevali proizvesti u drugim modelima. Među njima je bila skupina neurona poznata kao ekstratelencefalični neuroni 5. sloja (L5-ET) – neuroni s dugim projekcijskim aksonima koji inače povezuju moždanu koru s udaljenim dijelovima živčanog sustava.
Ne znamo što potiče razvoj neurona
Unutar te populacije istraživači su pronašli stanice nalik na Von Economove neurone (VEN) – neobične, izdužene neurone prisutne u određenim dijelovima ljudskog mozga, koje je iznimno teško reproducirati u laboratorijskim uvjetima, a koje nisu otkrivene u ranijem istraživanju na štakorima.
Još nije poznato što točno u mišjem mozgu potiče njihov razvoj. Moguće je kako omogućavanje pristupa ljudskim kortikalnim neuronima udaljenim ciljevima u drugim dijelovima živčanog sustava pruža signale koje je teško reproducirati u organoidu u laboratorijskoj posudi. Druga je mogućnost postojanje čimbenika u okruženju in vivo kojih nema u organoidima u laboratorijskoj posudi, poput čimbenika rasta, signala povezanih s neuronskom aktivnošću, vaskularizaciju ili druge interakcije sa susjednim stanicama.
Drugo je pitanje – što to čini miševima? Kako bi to doznali, istraživači su tri skupine miševa – normalnu kontrolnu skupinu bez izmjena, miševe bez transplantata (kod kojih je izostao razvoj palijuma) te miševe s ksenotransplantiranim kortikalnim tkivom – podvrgnuli testu u labirintu oblika slova Y.
Razlog tomu je što miševi prirodno radije istražuju krak labirinta različit od onoga koji su upravo posjetili, pa pamćenje mjesta na kojima su već bili omogućuje jednostavnu provjeru radne memorije. Kontrolni miševi su postigli bolje rezultate. Apallijalni miševi nisu, što sugerira kako su, bez većine korteksa i hipokampusa, imali problema s pamćenjem koju su ruku upravo istražili.
Međutim, ksenokortikalni miševi također su postigli rezultate iznad razine slučajnosti. Rezultati istraživanja su objavljeni u časopisu Nature.
[post_publish_update_datetime]
