Nie jest to pierwsza próba „wyhodowania” organoidu, który będzie podobny do mózgu człowieka. Zespół badaczy z Johns Hopkins University dokonał jednak znaczącego postępu w tym procesie. Stworzyli oni bowiem pierwszy w historii organoid całomózgowy zawierający połączone tkanki nerwowe z różnych obszarów tego szalenie złożonego organu oraz podstawowe naczynia krwionośne, które je odżywiają. To osiągnięcie może znacząco wpłynąć na przyszłość badania chorób neurologicznych i testowania leków, które będą stosowane w ich leczeniu.
Jak powstał miniaturowy mózg?
Projekt został nazwany Multi-Region Brain Organoid (MRBO). To wyjątkowy, miniaturowy odpowiednik ludzkiego mózgu, hodowany metodami laboratoryjnymi. Choć zawiera jedynie 6-7 milionów neuronów (w porównaniu do dziesiątek miliardów w dorosłym mózgu), stanowi niezwykle cenne narzędzie badawcze. W przeciwieństwie do wcześniejszych modeli, skupiających się na pojedynczych regionach, MRBO łączy różne obszary w całość, która wykazuje funkcje podobne do ludzkiego mózgu.
Czytaj też: Uwaga pacjenci: gabapentyna leczy ból, ale może zwiększyć ryzyko demencji i innych zaburzeń
Jak powstał ten organoid? Proces tworzenia modelu wymaga niezwykłej precyzji. Naukowcy najpierw hodują komórki nerwowe z różnych rejonów mózgu oraz zalążki naczyń krwionośnych. Wszystko odbywa się w osobnych środowiskach. Następnie łączą je specjalnymi białkami adhezyjnymi działającymi jak biologiczny klej. Po połączeniu w ten sposób różne tkanki zaczynają wytwarzać aktywność elektryczną, tworzyć połączenia i zaczynają działać jak zintegrowana sieć neuronów. Całość uzupełnia prosta sieć naczyń krwionośnych, dostarczająca tlen i składniki odżywcze.
Mały model mózgu odpowie na wielkie pytania
Jak dotąd wyniki eksperymentów są bardzo obiecujące. Organoid zachowuje około 80 proc. typów komórek występujących we wczesnych fazach rozwoju ludzkiego mózgu. Przypomina pod tym względem ośrodkowy układ nerwowy 40-dniowego ludzkiego płodu. Zaobserwowano również spontaniczne tworzenie się wczesnej bariery krew-mózg – ochronnej warstwy komórkowej, regulującej przepływ substancji z krwi do tkanki tworzonej przez komórki nerwowe.
Medyczne implikacje tego odkrycia są nie do przecenienia. Schorzenia takie jak autyzm, schizofrenia czy choroba Alzheimera dotyczą bowiem całego mózgu, nie tylko jego wyizolowanych obszarów, odtwarzanych we wcześniejszych eksperymentach. Ponadto dotychczas badania opierały się głównie na modelach zwierzęcych, które często słabo odwzorowują ludzką biologię. Organoidy całomózgowe umożliwią obserwację rozwoju zaburzeń w czasie rzeczywistym oraz testowanie spersonalizowanych terapii.
Być może MRBO rozwiąże poważny problem, z jakim borykają się naukowcy – wysoki odsetek porażek badań klinicznych. 85-90 proc. wszystkich testowanych leków zawodzi we wczesnych fazach testów, a w przypadku środków neuropsychiatrycznych wskaźnik ten sięga aż 96 proc. Główną przyczyną jest właśnie uzależnienie od modeli zwierzęcych, niedostatecznie odzwierciedlających złożoność ludzkiego układu nerwowego.
Organoidy nie tylko pomogą w badaniach. Żyją własnym życiem w sztucznym środowisku i wykazują też zaskakujące funkcje poznawcze. Choć taki model mózgu nie ma świadomości, potrafi wykonywać proste zadania związane z pamięcią i uczeniem. Najnowsze trójwymiarowe modele komórkowe są nawet w stanie grać w uproszczoną wersję Ponga, co potwierdza ich praktyczny potencjał.
Czytaj też: 7000 kroków wystarczy dla dobrego zdrowia. Nowe badanie obala popularny mit
Przede wszystkim jednak badania nad tak złożonym organoidem mogą zwiastować nową erę w neurobiologii. Po raz pierwszy naukowcy dysponują modelem łączącym różne typy tkanek nerwowych w funkcjonalną całość. To może przyspieszyć rozwój skutecznych terapii dla milionów pacjentów z chorobami neurologicznymi i psychicznymi. W dzisiejszym świecie pełnym cierpienia i utraconych wspomnień z całego życia jest to szalenie potrzebne. Organoidy całomózgowe zapiszą się w historii jako osiągnięcie techniczne, ale przede wszystkim są promykiem nadziei dla setek tysięcy chorych.
Choć droga do praktycznego zastosowania jest jeszcze długa, możliwość testowania leków na modelach bliższych ludzkiej biologii może w końcu przynieść przełom w leczeniu. Warto jednak zachować umiar w entuzjazmie – jak dotąd żaden organoid nie dorównuje złożonością dorosłemu mózgowi, a etyczne implikacje takich badań wymagają dalszej dyskusji.
Czytaj też: Pierwszy smartfon dopiero po 13. roku życia. Nauka wciąga na światło dzienne błędy współczesnych rodziców
Dalszy rozwój tej technologii będzie zależał od rozwiązania jeszcze kilku wyzwań. Obecne modele pozostają znacznie prostsze niż centrum układu nerwowego dorosłego człowieka, a ich zdolność do długotrwałego funkcjonowania jest mocno ograniczona. Choroby neurologiczne zaś mogą rozwijać się przez dziesiątki lat.
Postęp wymagać będzie nie tylko kolejnych technologicznych innowacji, ale także wypracowania jasnych standardów etycznych. Mimo to perspektywa zrozumienia mechanizmów chorób, które dotąd wymykały się badaczom, jest coraz bliższa.
Szczegóły tego eksperymentu możesz poznać w artykule opublikowanym na łamach magazynu Advanced Science.