Mysio-ludzki mózg działa

Powoływanie do życia chimer mysio-ludzkich, całych organizmów, jest zabronione. Jednak eksperymenty, które zaprezentowali na łamach niedawnego neurobiolodzy i inżynierowie tkanek z Uniwersytetu Stanforda, są dopuszczalne. Polegają na ksenotransplantacji, czyli przeszczepie tkanki ludzkiej w miejsce usuniętej tkanki mysiej. Udało się to zrobić zespołowi pod kierunkiem Sergiu Pasca w stosunku do organu najbardziej chyba niepoznanego i tkanki najtrudniejszej w hodowli, czyli mózgu i jego podstawowego składnika – tkanki nerwowej. Mózg był mysi, a tkanka nerwowa ludzka, w dodatku świecąca się na zielono i zdolna reagować na pobudzenie konkretna długością fali świetlnej.

Zanim ewentualnie pobiegniemy krzyczeć o „zabawie w Boga” i „kolejnym Frankensteinie”, zachęcam do spojrzenia na problem od strony osób, które miały w życiu takiego oto pecha, iż przytrafił im się wypadek komunikacyjny z dotkliwymi obrażeniami ośrodkowego układu nerwowego, nowotwór mózgu wymagający operacyjnego usunięcia jego fragmentu czy chociażby udar. Oczywiście, medycyna regeneracyjna, w tym w obrębie ośrodkowego układu nerwowego, robi wielkie postępy, o czym pisałam już wcześniej. Nie oznacza to jednak, że osoby dotknięte wymienionymi przeze mnie tragediami, a w związku z tym tracące sprawność fizyczną czy intelektualną, już mają dostępne dla siebie rozwiązanie oparte o regenerację. 

Jest też tak, że ubytki sprawnej tkanki nerwowej są poważnym problemem, gdyż transplantacji mózgu – nawet gdyby to było w pełni możliwe z przyczyn medycznych, nie da się przeprowadzić z przyczyn etycznych. Są to tzw. organy personalistyczne. Podchodząc do rzeczy dowcipnie, można przypomnieć sławne powiedzenie Kornela Makuszyńskiego, że bezpieczniej się podmieniać na serca, niż na głowy, bo można w tym drugim przypadku otrzymać baranią za jako tako ludzką.

Poważnie zaś – chodzi o to, że pamięć oraz sporo tego, co nazywamy osobowością, jest ukryta w strukturze mózgu, jest wynikiem jego konkretnej historii, konkretnych doświadczeń. Zatem przeszczep głowy oznaczałby poniekąd, że to mózg dostał nowe ciało, a nie ciało dostało nowy mózg.

Trzeba zatem – częściej bowiem uszkodzeniu ulega fragment mózgu, a nie całość, by nauczyć się wypełniać ten uszczerbek – przeszczepiać fragment mózgu. Oczywiście problem polega na tym, że to właśnie tzw. śmierć mózgu jest podstawą dla możności pobrania innych, żywych jeszcze i sprawnych organów osoby do przeszczepu. Mózg martwy jest zaś martwy i nie nadaje się do przeszczepu, choć i na polu wznawiania niektórych funkcji mózgów świńskich w kilka godzin po oddzieleniu ich od reszty ciała poczyniono spore postępy. 

Zespołowi z Yale prof. Nenada Šestana w 2018 r. udało się podłączyć owe mózgi świńskie z specjalnym urządzeniem, co ponownie odżywiło i natleniło tkanki do poziomów fizjologicznych. Z żywych ludzi zaś nikt nie będzie pobierał fragmentu mózgu, aby je przeszczepić innym ludziom – to byłoby krańcowo nieetyczne.

Co nam pozostaje? Zespół ze Stanfordu zajmował się hodowlą ludzkich organoid nerwowych, tzw. minimózgów. Można na nich w sposób dość uproszczony badać wiele rzeczy i licznymi technikami neurofizjologicznymi czy neurogenetycznymi. Od tego, jak mógł działać mózg Neandertalczyka, przez zaburzenia neurorozwojowe, choroby neurologiczne i psychiatryczne (czyli spektrum od epilepsji przez autyzm po schizofrenię) czy neurotoksyczność różnych substancji i czynników, po prace nad możliwością hodowli tkanki mózgowej do transplantacji u ludzi. Hodowli w formie trójwymiarowej, samoorganizującej się grudki funkcjonalnie sprawnej tkanki nerwowej – czyli minimózgu.

Wyprowadzenie niezbędnych tu komórek tkanki nerwowej może się odbywać z dostępnych linii macierzystych komórek zarodkowych czy (bardziej etycznie, ale mniej skutecznie) z indukowanych do bycia komórkami macierzystymi zwykłych komórek naszego ciała (tzw. iPSC). Do komórek takich daje się również wprowadzać inne geny, choćby takie, by tkanka z nich powstała miała jakiś znacznik (świeciła się na zielono czy czerwono) oraz by – dzięki technologii zwanej optogenetyką – konkretne komórki organoidu zachowywały się w jakiś konkretny sposób pod wpływem zadziałania na nie światłem o konkretnej długości fali.

Oczywiście, to nie są sensu stricte małe mózgi wielkości ziarenka grochu, tylko wyrosłe z prekursorów grudki żywej tkanki nerwowej. Organoidom brakuje zatem wydzielonych funkcjonalnych części czy łączności istniejącej między nimi in vivo, co ogranicza ich dojrzewanie i uniemożliwia integrację z innymi obwodami nerwowymi, np. kontrolującymi zachowanie. Normalnie bowiem to działa na ogół tak, że jakiś konkretny, tzw, nerw czuciowy biegnie z informacja pozyskaną w jakimś receptorze do nerwu pośredniczącego (kojarzącego (lub wielu, jeden po drugim nerwów kojarzących), stamtąd znów tzw, nerwem ruchowym biegnie ku narządowi efektorowemu, choćby dłoni cofającej się od wyczuwanego na skórze gorąca. Tu tego typu naturalnych stymulacji i działań w mikromózgach samych w sobie nie ma. Nie są one bowiem podłączone do żadnych receptorów czy efektorów.

Gdyby jednak je włączyć w cały, choć uszkodzony mózg?

Odpowiedź na to pytanie pozostawili uzyskać właśnie neurobiolodzy z Uniwersytetu Stanforda? Jak sami opisują: „Tutaj pokazujemy, że organoidy korowe pochodzące z ludzkich komórek macierzystych przeszczepione do kory somatosensorycznej nowonarodzonych szczurów bez grasicy (aby nie było ostregon odrzucania takiego orzeszczepu – przyp. MK-S) rozwijają dojrzałe typy komórek, które integrują się z obwodami czuciowymi i motywacyjnymi gryzonia. […] W ten sposób przeszczepione ludzkie neurony korowe dojrzewają i angażują obwody gospodarza, które kontrolują zachowanie”.

Wszystko zatem pięknie się „zrosło” – działa. Co oznacza na przykład, że wytrenowany szczur po przeszczepie w odpowiedzi na stymulację niebieskim laserem pobiegnie bezbłędnie do poidła, bo odczuje pragnienie.

Prosto rzecz ujmując – ludzkie neurony kory mózgowej wyhodowane od podstaw w laboratorium wpłynęły na zachowanie innego gatunku ssaka na tej drodze, że zostały mu wszczepione. W drugą stronę też zadziałały – czyli gdy wiatr musnął mysie wibrysy, to ludzkie neurony aż zapłonęły aktywnością, informując o tym zdarzeniu resztę mysiego mózgu. Żeby już był komplet wyników, kiedy naukowcy przeszczepili myszom organoidy wyhodowane z komórek macierzystych pacjentów z poważnymi genetycznie uwarunkowanymi zaburzeniami neurologicznymi, mogli z niespotykaną dotąd wyrazistością obserwować nieprawidłowy rozwój neuronów ludzkich na mysim zdrowym tle.

Laboratorium w Stanfordzie pod kierunkiem Sergui Pasci pracuje na minimózgami niemal od ich zarania, gdy w 2013 r. neurobiolog Madeline Lancaster z Austriackiej Akademii Nauk hodowała komórki macierzyste w żelu, co pozwoliło na samoorganizowanie się ich w małe, kuliste masy funkcjonującej tkanki mózgowej. Już dwa lata później zespół ze Stanforda uzyskał minimózgi wzbudzające potencjały czynnościowe, czyli dające się badać funkcjonalnie. Znów kilka lat później grupa z UC Davis Medical Center opublikowała pierwsze minimózgi zdolne krwawić, otwierając możliwości badania udarów i innych chorób układu naczyniowego mózgu.

Przeszczep mózgu nie jest możliwy i nie jest etyczny. Ale zrobienie z komórek pacjenta jego własnego minimózgu, który po wszczepieniu w miejscu uszkodzenia wrósłby w tkankę mózgową i z czasem, w wyniku pracy rehabilitacyjnej i stosownych stymulacji mógłby próbować przejąć zadania uszkodzonej części to realna przyszłość.

Na razie tego typu doświadczenia służą badaniom naukowym, ustalaniu, z jakimi aktywnościami nerwowymi mamy realnie do czynienia, badaniu chorób neurologicznych uwarunkowanych genetycznie, testowaniu neurotoksycznych substancji dla prawidłowego działania mózgu, czego „nagie” organoidy mózgowe nie zapewniały. To jednak na pewno nie jest koniec tej historii.

Organoidy uzyskane na Stanfoirdzie nie utworzyły żadnej z sześciu warstw, które ma normalna ludzka kora mózgowa, co więcej ich integracja z mózgiem szczura nie była doskonała, bo zamiast budować wokół innych struktur mózgu, ludzka tkanka je wypchnęła. Mózg jednak jest plastyczny, bo szczury po przeszczepie nie wykazywały żadnych anomalii w testach fizycznych i poznawczych. Aby mogły leczyć ludzi po udarach czy wypadkach, muszą zacząć różnicować we wspomniane warstwy. Dzisiejsze wyniki pozwalają wierzyć, że tak się prędzej czy później stanie. Ta technologia przecież nie ma nawet 10 lat.

#mózg #mysz #badania