Da bi uzgojili organoide, naučnici sa Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu koristili su ljudske pluripotentne matične ćelije. To su ćelije uzete iz kože ili krvi odraslih koje su reprogramirane u matične ćelije, a koje se potom mogu uzgojiti u gotovo svaku ćeliju u tijelu, poput ćelija bubrega ili jetre - ili, kao u ovoj studiji, neurona u kori koja predstavlja dio mozga koji kontroliše složene operacije mišljenja i ponašanja. Naučnici su ovu transformaciju postigli „kupanjem“ matičnih ćelija u otopini koja sadrži pravi koktel transkripcijskih faktora, molekula koje induciraju razvoj fetusa regulišući način uključivanja i isključivanja gena. Matične ćelije ugrađene su u Matrigel (smjesa želatinoznih proteina) unutar rotirajućeg bioreaktora, što im je pružilo odgovarajuću strukturnu potporu i razmjenu hranljivih materija i kisika pomoću kojih su se kulture dalje razvijale u veće, složenije organoide (do 4 mm u promjeru). Veći broj faktora rasta je izostavljen, ali dodatak retinoične kiseline omogućio je adekvatnu kortikalnu neurogenezu. Za samo 8 – 10 dana došlo je do razvoja neurona, a za samo 20-30 dana formirale su se definisane regije mozga. Da bi se ovakav proces odigrao u ljudskom zametku, potrebni su mjeseci.
Iako je cerebralni organoid daleko manji nego mozak fetusa, on pokazuje karakteristike normalnog razvoja mozga. On se sastoji od diskretnih regija mozga, uključujući prednji, srednji mozak, stražnji mozak, moždane ovojnice, horoidni pleksus, hipokampu i dr.
Uočeno je da neuroni u ovom organoidu također imaju sposobnost migracije, koja se normalno viđa u ljudskom mozgu, i premještanja iz dubokih u površne strukture mozga. Interneuroni migriraju izvan korteksa in vivo, a slična vrsta migracije uočava se i u organoidima.
Neuroni se također organizuju u tzv. „primitivnu koru“, čija je organizacija „grublja“, ali iznenađujuće dosta slična onoj koja se inače viđa u mozgu fetusa.
Kako se razvijaju u kulturi ćelija, neuroni vremenom počinju pokazivati i sposobnost spontanog prijenosa jona kalcija tj. stvaranja akcionog potencijala.
Nakon samo dva mjeseca, istraživači su otkrili raspršenu aktivnost moždanih valova otprilike ujednačene frekvencije, slično kao što se viđa u nezrelom ljudskom mozgu. Nakon 10 mjeseci, kad je svaki organoid bio otprilike veličine zrna graška, aktivnost mini-mozga kretala se u rasponu različitih frekvencija i postala je pravilnija, baš kao što se dešava i prilikom sazrijevanja ljudskog mozga kada se stvaraju nove neuronske veze. Ovo otkriće implicira da su organoidi razvojem uspostavljali funkcionalne sinapse, veze između neurona koje im omogućuju komunikaciju i generisanje pokreta, osjeta i misli.
Kakve mogućnosti u svijetu neuronauke otvara otkriće ovih organoida?
U mnogim neurološkim i psihijatrijskim stanjima mozak je fizički netaknut, ali oštećen je neuronski sklop što dovodi do nastanka simptoma ili bolesti. Vjeruje se da bi „Mini-Brains“ mogli pomoći naučnicima u proučavanju takvih poremećaja neuronalnih krugova, koji se javljaju u autizmu, shizofreniji i epilepsiji.
Klinički potencijal kortikalnih organoida je ogroman. Mogu se koristiti za modeliranje bolesti i testiranje različitih terapija, istovremeno smanjujući potrebu za ispitivanjem na ljudima i životinjama. Mnogi naučnici rade na razvoju novih metoda liječenja neuroloških poremećaja, a vjeruje se da bi se organoidi mogli koristiti i za nadomještanje izgubljenog ili oštećenog nervnog tkiva. U suštini, ukoliko bi kod određenih osoba došlo do gubitka nervnog tkiva uslijed moždanog udara, traume ili demencije, to tkivo moglo bi se nadomjestiti nervnim tkivom razvijenim u kulturi, a sam pacijent bi opet mogao „naučiti“ sve funkcije koje je taj oštećeni region ranije imao.
Etički problemi?
Kultivisanje najsofisticiranijeg ljudskog organa, sjedišta naših misli, osobnosti i ponašanja, u maloj plastičnoj posudi moglo bi mnogima biti moralno zabrinjavajuće. Naučnici su svjesni očiglednih etičkih pitanja koja dolaze s uzgajanjem nečega što se približava mozgu. Međutim, naučnici također tvrde da se ovakve strukture ne mogu nikako zamijeniti ili upoređivati sa razvijenim ljudskim mozgom. Naime, ove strukture nemaju dovoljno razvijene neuronske krugove i strukture u mozgu koje bi bile sposobne da misle, donose zaključke, osjećaju i sl. Ovim strukturama također nedostaju neuroni za percepciju bola, ali i strukture neophodne za njegovu obradu.
Ali, kada i kako ćemo znati da je došlo do toga? Šta ako organoidi počnu misliti, osjećati, procesuirati informacije? Šta kada to više ne budu objekti, nego subjekti sa svim svojim karakteristikama? Da li će ti „subjekti“ biti u distresu, agoniji, da li će patiti? Mnoga se pitanja postavljaju, ali na njih ćemo tek dobiti odgovore ...
Literatura:
1. Bae, Byoung-il & Walsh, Christopher. (2013). What Are Mini-Brains?. Science (New York, N.Y.). 342. 200-201. 10.1126/science.1245812.
3. https://www.nature.com/articles/ncb3601
4. https://ed.ted.com/lessons/can-we-grow-human-brains-outside-our-bodies-madeline-lancaster