Powstałe z połączenia komórek szczurów i ludzi hybrydowe mózgi oferują, jak twierdzą naukowcy, nowe sposoby badania zaburzeń neurologicznych, ale rodzą też pytania natury etycznej.

Naukowcy wszczepili szczurom miniaturowe struktury przypominające ludzki mózg. Okazało się, że mogą one wysyłać i reagować na sygnały środowiskowe odbierane przez szczurze wąsy. Wykazanie, że neurony wyhodowane z ludzkich komórek macierzystych mogą łączyć się z komórkami nerwowymi u żywych gryzoni, może doprowadzić do stworzenia sposobu testowania nowych terapii zaburzeń mózgu.

Naukowcy chcieliby wykorzystać organoidy mózgu - maleńkie struktury przypominające mózg, które zachowują kluczowe cechy anatomiczne pełnowymiarowych organów, wyhodowane z ludzkich komórek macierzystych - do badania zaburzeń neurodegeneracyjnych i neuropsychiatrycznych występujących u ludzi. Jednak organoidy tylko do pewnego stopnia przypominają ludzkie mózgi. Nie wykształcają one naczyń krwionośnych, więc nie mogą otrzymywać składników odżywczych, przez co nie rozwijają się długo. Nie otrzymują też niezbędnej stymulacji do pełnego rozwoju. W mózgu ludzkiego niemowlęcia wzrost neuronów i rozwój połączeń z innymi neuronami opiera się częściowo na bodźcach płynących ze zmysłów.

Aby zapewnić organoidom mózgowym wspomnianą stymulację Sergiu Pasca z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii i jego współpracownicy wyhodowali struktury z ludzkich komórek macierzystych, a następnie wstrzyknęli je do mózgów nowo narodzonych szczurów, oczekując, że ludzkie komórki będą rosły wraz z komórkami szczurów. Zespół umieścił organoidy w regionie mózgu zwanym somatosensoryczną korą mózgową, która odbiera sygnały z wibrysów, czyli szczurzych wąsów oraz innych narządów zmysłu, a następnie przekazuje je do regionów mózgu, które je interpretują.

Ludzkie komórki mózgowe dojrzewają znacznie wolniej niż komórki szczura, więc badacze musieli czekać ponad sześć miesięcy, aby organoidy w pełni się zintegrowały. Kiedy jednak po upływie tego czasu zbadali mózgi zwierząt okazało się, że integracja przebiegła tak pomyślnie, że było to prawie jak dodanie "kolejnego tranzystora do obwodu".

Paola Arlotta, biolog z Uniwersytetu Harvarda w Cambridge jest podekscytowana wynikami. - To ważny krok w kierunku zrozumienia bardziej złożonych właściwościach mózgu - mówi. Choć badania tego typu są wciąż bardzo kosztowne.

W artykule, który ukazał się na łamach pisma "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-022-05277-w), badacze opisują, jak genetycznie zmodyfikowali neurony w organoidach, aby "zapalały się" pod wpływem stymulacji światłem z kabla umieszczonego w mózgu szczurów. Dzięki temu uczeni mogli stwierdzić, że ludzkie komórki w pełni zintegrowały się ze szczurzymi.

Pasca i jego koledzy stworzyli też organoidy mózgowe z komórek macierzystych trzech osób cierpiących na chorobę genetyczną zwaną zespołem Timothy`ego, która może powodować objawy podobne do tych obserwowanych w autyzmie. Maleńkie struktury wyglądały tak samo jak inne organoidy mózgowe hodowane w naczyniach, ale kiedy badacze przeszczepili je szczurom, nie urosły tak duże jak inne, a ich neurony nie działały w ten sam sposób.

Pierwsze przeszczepy organoidów do mózgu myszy zostały dokonane już w 2018 r. przez zespół pod kierownictwem Rusty’ego Gage’a z Salk Institute for Biological Studies w La Jolla w Kalifornii. Jednak myszy żyją dużo krócej niż szczury. Dlatego badacze cieszą się z sukcesu nowego eksperymentu.

Wciąż nierozwiązane pozostają jednak kwestie etyczne. Ludzie obawiają się, że tworzenie hybryd gryzoń-człowiek może zaszkodzić zwierzętom lub stworzyć zwierzęta z mózgami podobnymi do ludzkich. W zeszłym roku panel zorganizowany przez amerykańskie National Academies wydał raport, w którym stwierdzono, że organoidy ludzkiego mózgu są nadal zbyt prymitywne, aby stać się świadomymi, osiągnąć inteligencję podobną do ludzkiej lub nabyć inne zdolności, które mogłyby wymagać regulacji prawnych.

Pasca twierdzi, że przeszczepy organoidów dokonane przez jego zespół nie spowodowały u szczurów takich problemów jak drgawki czy deficyty pamięci i nie wydawały się zmieniać zachowania zwierząt.

Wielu naukowców twierdzi jednak, że problemy mogą pojawić się wraz z postępem nauki. Dlatego kwestia przeszczepiania ludzkich komórek mózgowych zwierzętom będzie jeszcze wracać w dyskusji nad etyczną stroną tego zagadnienia.

Wirtualna Polska, 28 października 2022