Egy kaliforniai kutatólaboratóriumban kívülről átlagosnak tűnő egerek szaladgálnak a ketreceikben. De ezek az állatok belül figyelemre méltóak: az agyuk nagyjából fele emberi idegsejtekből, vagy neuronokból áll.
A tudósok laboratóriumban tenyésztett emberi neuronokat ültettek be ezekbe a rágcsálókba, amelyeket genetikailag úgy módosítottak, hogy agyuk egyes részei hiányozzanak belőlük. Pontosabban, nem növesztik a szerv külső rétegét – az úgynevezett kérget – amely olyan dolgokért felelős, mint a mozgás, a döntéshozatal és a figyelem. Az így létrejövő „xenokortikális” egerek új módszert kínálnak az agyi rendellenességek, például a skizofrénia, a cerebrális bénulás és a demencia tanulmányozására – derült ki a Nature folyóiratban szeptember 16-án megjelent tanulmányból.
„Célunk az volt, hogy az emberi agy fejlődésének és működésének egyes aspektusait hozzáférhetővé tegyük a vizsgálatok számára, hogy terápiákat fejleszthessünk” – mondja Sergiu Pașca , a Stanford Egyetem idegtudósa Elie Dolginnak a Science News -ban .
Az emberi agybetegségek tanulmányozása köztudottan nehézkes. A szerv rendkívül összetett, mintegy 86 milliárd neuront tartalmaz, amelyek között billiónyi kapcsolat van, és a kutatók korlátozottan férnek hozzá az élő emberi agyszövethez.
Ezért dolgoznak a tudósok több mint egy évtizede az emberi agy apró másolatain, az organoidokon. Ezeket gyakran átprogramozott emberi bőrsejtekből állítják elő.
Korábban Pașca és kollégái sikeresen ültettek be organoidokat patkányokba egy ritka genetikai állapot, a Timothy-szindróma tanulmányozása érdekében . A legtöbb ebben a szindrómában szenvedő ember autizmussal és fokozott epilepszikockázattal is rendelkezik. A kutatók az organoidok egy részét Timothy-szindrómás betegek mintáiból növesztették. De egyszerűen csak hozzáadták az emberi szövetet a rágcsálók meglévő agyszövetéhez, így a kettő versengett a helyért. A rágcsálósejtek növekedése meghaladta az emberi sejtek növekedését.
Ezúttal a kutatók egy olyan módszert találtak ki, amellyel genetikailag módosíthatták az egereket, hogy ne fejlődjön ki az agykéregük vagy a hippocampusuk, amely a tanulás és az emlékezés szempontjából kritikus terület. Amikor az állatok kétnaposak voltak, organoid-injekciókat kaptak – amelyek mindegyike körülbelül 100 000 emberi eredetű sejtet tartalmazott – az agyuk üres tereibe.
„Az ezekbe az állatokba helyezett emberi sejtek osztódnak, növekednek, és néhány héten vagy hónapon belül elfoglalják a tér nagy részét” – mondta Pașca Antonio Regaladonak az MIT Technology Review- nál .
A beültetést követő három hónapra az emberi szövet az agykéreg több mint 90 százalékát foglalta el. A sejtek beépültek az állatok idegi hálózatába. A xenokortikális egerek a viselkedési tesztekben is hasonlóan teljesítettek, mint a kontrollcsoport tagjai. Eközben azok az egerek, amelyeknek csupán agydarabjai hiányoztak, némi memóriaproblémát és járásbeli különbséget mutattak a normál állatokhoz képest.
Ráadásul az emberi agyszövet egy része speciális sejttípussá, az úgynevezett von Economo neuronokká fejlődött, amelyeket a kutatók nem tudtak laboratóriumi körülmények között növeszteni. Ezek a sejtek az elsők között pusztulnak el a frontotemporális demenciában szenvedő betegeknél. A frontotemporális demencia egy olyan neurodegeneratív betegségcsoport, amely főként a kéreg frontális és temporális lebenyét érinti, amelyek fontos területek a személyiség, a viselkedés és a nyelv szempontjából.
A kutatók azt is megállapították, hogy a félig emberi aggyal rendelkező egerek jó modellként szolgálhatnak az agyi bénulás vizsgálatára. Embereknél ezt az agyi állapotot a fejlődés során fellépő oxigénhiány okozhatja, de az egerek nem annyira sebezhetőek, mint az emberek. Mindazonáltal a xenokortikális egerek alacsony oxigénszintnek való kitétele hasonló motoros koordinációs problémákat okozott, mint amilyeneket az agyi bénulásban szenvedő embereknél megfigyeltek.
„Bár az állatmodellek rendkívül hasznosnak bizonyultak, egyes biológiai jellemzők egyedülállóan emberi jellemzőknek tűnnek” – mondja Pașca egy nyilatkozatban .
Ahogy az organoidokkal kapcsolatos kutatások előrehaladnak, úgy nő az igény a felügyeletre is. Ezeknek a „mini agyaknak” a használata sok emberben etikai aggályokat vet fel, beleértve azt is, hogy a szövetek képesek-e eszméletre jutni vagy fájdalmat érezni. A problémák enyhítése érdekében Pașca és kollégái számos óvintézkedést tettek munkájuk során, beleértve a független bioetikusok széleskörű felülvizsgálatát is – írja Max Kozlov a Nature-ben. Kísérleteiket úgy is tervezték, hogy az organoidokat már fejlett egerek agyához adják – jegyzi meg Madeline Lancaster , az angliai Orvosi Kutatási Tanács Molekuláris Biológiai Laboratóriumának agyorganoid-kutatója, aki nem vett részt a tanulmányban – írja a Smithsonian Magazine.
„Egyértelmű, hogy nagyon alaposan átgondolták az etikai kérdéseket” – mondta Lancaster Zoe Beketovának a Science magazinban .
