De la neurobiologie la science fiction. Organoizii și transplanturile de neuroni ar putea oferi noi modalități de a studia creierul

• Studierea creierului uman este dificilă. Creierele altor animale oferă indicii. Dar acestea nu pot dezvălui esența specială care face creierul uman diferit.
• Organoizii sunt de obicei crescuți din celule stem pluripotente induse – echivalenți artificiali ai celulelor embrionare. În prezent, procesul este suficient de bine înțeles pentru ca acestea să fie produse în masă, iar Paola Arlotta de la Universitatea Harvard a descris modul în care sunt utilizate.
• Printre acestea se numără studierea dezvoltării creierului, examinarea patologiei și geneticii bolilor și depistarea unor potențiale medicamente.

Organoizii și transplanturile de neuroni ar putea oferi noi modalități de a studia creierul, deși, până în prezent, nu a fost posibilă o modalitate de a dezvălui misterele creierului uman.

Studierea creierului uman este dificilă. Creierele altor animale oferă indicii. Dar acestea nu pot dezvălui esența specială care face creierul uman diferit. De asemenea, deseori, nici nu constituie modele bune pentru afecțiunile neurologice care afectează ființele umane, relatează The Economist.

Cu toate acestea, recent, au fost dezvoltate două abordări la jumătatea drumului. Una constă în cultivarea așa-numitelor organoizi cerebrali din țesut uman. Cealaltă constă în crearea de animale cu neuroni de origine umană în corpul lor. După cum s-a aflat de la agenția Aaas, ambele abordări dau rezultate. Dar ele ridică, de asemenea, propriile întrebări etice.

Organoizii sunt de obicei crescuți din celule stem pluripotente induse – echivalenți artificiali ai celulelor embrionare. În prezent, procesul este suficient de bine înțeles pentru ca acestea să fie produse în masă, iar Paola Arlotta de la Universitatea Harvard a descris modul în care sunt utilizate. Printre acestea se numără studierea dezvoltării creierului, examinarea patologiei și geneticii bolilor și depistarea unor potențiale medicamente. O idee deosebit de interesantă este aceea de a cultiva organoizi folosind celule de la persoane cu probleme cunoscute, legate genetic. Acest lucru va permite investigarea unor cazuri specifice de boală.

Organoizii cerebrali în sine ar putea face ceva asemănător cu gândirea?

Dr. Arlotta însăși folosește organoizi pentru a studia tulburările din spectrul autist ( ASDS), folosind versiuni care încorporează mutații ale trei gene aparent legate de aceste afecțiuni. Deși aceste gene funcționează în moduri diferite, ea a constatat că mutarea oricăreia dintre ele induce aceleași efecte. Printre acestea se numără dezvoltarea accelerată a celulelor numite neuroni gabaergici și, în consecință, o încetinire a ritmului și o diminuare a amplitudinii spiking-ului electric. Acest lucru este de interes deoarece alte studii sugerează că semnalizarea gabaergică perturbată este într-adevăr asociată cu ASDS.

Dr. Arlotta a descris, de asemenea, modul în care este acum posibil să se realizeze organoizi care seamănă, prin amestecul lor de celule, cu diferite părți ale sistemului nervos central (de exemplu, cortexul cerebral și măduva spinării) și să se conecteze între ei, precum și cu organoizi musculari, pentru a crea ceea ce se numește asambloizi. Acest lucru permite investigarea preliminară a modului în care diferite regiuni ale creierului se conectează între ele și a modului în care creierul se conectează cu restul corpului.

O persoană atentă ar putea, în acest moment, să fie tentată să se oprească și să se întrebe dacă organoizii cerebrali în sine pot face ceva cât de cât asemănător cu gândirea. În momentul de față, răspunsul la această întrebare este un „nu” destul de categoric. Cele care ies în prezent din rezervoarele de cultură au un diametru de mai puțin de 5 mm, deci au mai puțin de o zecime din volumul unui creier uman adult. Mai important, examinarea microscopică arată că au o organizare puțin complexă, așa cum se găsește în creierele reale. Și nu au conexiuni senzoriale prin care să învețe despre lume. Dar tehnologia avansează. După cum a declarat Bernard Lo, un etician medical de la Universitatea din California, San Francisco, în cadrul reuniunii, „această știință se dezvoltă rapid și nu știm ce va fi posibil peste un deceniu”.

Cea de-a doua abordare, care constă în introducerea neuronilor umani în animale vii, a fost prezentată de Joshua Sanes, care lucrează, de asemenea, la Harvard. Dr. Sanes a intrat în atenția publicului în urmă cu câțiva ani ca și co-inventator al „șoarecilor Brainbow” – creaturi cărora li s-au „pictat” neuronii individuali din creier cu ajutorul unor proteine care prezintă fluorescență în diferite culori. Recent, însă, el s-a confruntat cu limitele a ceea ce se poate învăța de la animalele de laborator și a devenit interesat de ideea de a le „umaniza” parțial.
Transplantul de neuroni este o tehnică veche și este chiar testată în scop terapeutic pentru tratarea bolii Parkinson. Dar aceștia pot fi transplantați și între specii, iar neuronii umani au fost, într-adevăr, transplantați la șoareci. Unii, însă, vorbesc despre posibilitatea de a merge mai departe și de a transplanta celule stem neuronale umane în creiere embrionare de șoareci. Intenția ar fi aceea de a crea o „himeră” în care celulele cerebrale din ambele surse să fie amestecate și interfuncționale.

Experimentele făcute pe creierul animalelor trebuie sa fie etice

În prezent, există obstacole tehnice formidabile în calea realizării acestui lucru. Dar observația doctorului Lo despre progresul științific este la fel de aplicabilă în acest caz. Iar animalele chimerice de acest tip, care ar putea chiar să prezinte comportamente asemănătoare cu cele umane, sunt o idee cel puțin la fel de tulburătoare ca și aceea ca organoizii cerebrali să devină conștienți. Prin urmare, în 2020, instituția științifică americană, sub forma Academiilor Naționale de Științe, Inginerie și Medicină, a înființat un comitet, co-prezidat de Dr. Lo și Dr. Sanes, pentru a investiga ambele chestiuni, pentru a preveni viitoarele probleme.

Beneficiile potențiale ale ambelor tipuri de cercetare sunt uriașe. După cum a subliniat anterior Dr. Sanes, afecțiunile creierului sunt, în mod colectiv, cea mai mare cauză de morbiditate din întreaga lume, precum și o cauză uriașă de mortalitate. Dar experimentele trebuie să fie etice. Orice semn de suferință sporită la animale, cauzată de faptul că acestea au neuroni umani în creier, trebuie să fie analizat cu atenție.

În ceea ce privește conștiința creier-organoid, deși simplitatea organoizilor și lipsa de conexiune cu lumea fac acest lucru puțin probabil, asambloizii ar putea schimba această situație. După cum a observat Dr. Lo, acest tip de muncă se bazează pe temerile ridicate timp de mulți ani de science fiction. Dar, uneori, SF-ul devine realitate științifică.