Вчені хочуть імплантувати тваринам міні-мозок людини

Це звучить як щось з фільму жахів 1980-х років, але медичні дослідники тепер можуть пересаджувати людські “міні-мозки”, також відомі як мозкові органоїди, тваринам, таким як щури. Як би жахливо не звучала ідея імплантації людської мозкової тканини тваринам, ці дослідження дають можливість безпечно досліджувати хвороби і проблеми зі здоров’ям, які ми намагаємося зрозуміти, в тому числі генетичні розлади, що впливають на мозок.

• Вирощування органоїдів
• Етичні питання
• Що ми можемо робити з органоїдами?

Нещодавно в новій роботі було запропоновано створити основу, яку дослідники можуть використовувати для прийняття етичних рішень щодо органоїдів мозку. Digital Trends поспілкувався з доктором Айзеком Ченом, провідним автором статті та доцентом нейрохірургії в Penn Medicine, про етичні проблеми, пов’язані з цим дослідженням, а також про його потенційні переваги.

Вирощування органоїдів

Процес починається з взяття зразка стовбурових клітин у людини. Ці плюрипотентні стовбурові клітини мають потенціал розвиватися в інші типи клітин, такі як нейрони, в залежності від потреб організму, і вчені використовують цей природний шлях розвитку для вирощування органоїда. Клітини вирощуються у вигляді колонії, і вони природним чином об’єднуються в групу, створюючи невеликий органоїд, розміром з горошину.

• Неймовірне лікування дозволяє паралізованим мишам знову ходити
• Одного разу лікарі зможуть діагностувати хворобу Альцгеймера за допомогою простого огляду очей
• Нова вакцина проти коронавірусу викликає імунну відповідь на ранніх стадіях тестування

Стовбурові клітини можуть бути вирощені або в регіоспецифічні органоїди, які моделюють певну ділянку мозку, наприклад, кору, або в органоїди цілого мозку. Особливість органоїдів полягає в тому, що в міру розвитку вони починають проявляти риси справжнього органу. Наприклад, кора головного мозку людини має чітко виражену шарувату структуру, і коркові органоїди також починають розвиватися до шести шарів. Це робить органоїд структурно схожим на справжній мозок, що робить його ідеальним для дослідницьких цілей. Потім органоїд можна імплантувати в мозок тварини і проводити на ньому тести.

Ця методика була використана для деяких чудових знахідок. У 2017 році Чен і його команда пересадили органоїд кори головного мозку людини в ділянку мозку щура, яка обробляє візуальну інформацію. Вони дізналися, що органоїд зміг інтегруватися з мозком щура, і що органоїд виробляв сигнали у відповідь на візуальну інформацію, представлену перед очима щура. Незважаючи на те, що нейрони людини і нейрони щура досить сильно відрізняються – людські нейрони здатні до набагато більш складних обчислень, ніж нейрони щура, наприклад, до

Етичні питання

Однак справа з органоїдами цілого мозку дещо інша, оскільки вони мають потенціал для взаємодії з більшою кількістю ділянок мозку. Але це не означає, що вони мають ті ж можливості, що й цілий мозок. “Навіть якщо помістити органоїд цілого мозку в мозок тварини в даний момент часу, навряд чи це викличе у неї процес мислення вищого порядку”, – пояснив він. “Існує дуже багато фундаментальних відмінностей між мозком щура і людським мозком. Структура цих двох мозків дуже відрізняється”.

Чен описав уявний експеримент, в якому ми можемо уявити собі заміну всього мозку тварини людськими нейронами, які повторюють структуру і інтегруються в нервову систему. Це дуже, дуже далеко від того, щоб бути можливим зараз, але це дозволяє нам замислитися над етичними питаннями, пов’язаними з цим. Якби у щура була така ж структура мозку, як і раніше, але побудована з людських нейронів, а не з нейронів щурів, чи мав би він ті ж можливості, що і звичайний щур? Або людські нейрони могли б дати тварині більш схожий на людський досвід і здібності?

Масштаб кори головного мозку у щурів відрізняється.

“Велика частина причини, по якій ми, як люди, здатні говорити, думати, раціоналізувати, виконувати всі ці функції вищого порядку, заснована на корі головного мозку”, – сказав Чен. “Масштаб кори головного мозку у щура відрізняється. Людський мозок має понад 16 мільярдів нейронів кори головного мозку, на відміну від щура, який загалом має лише 200 мільйонів нейронів. Це величезна різниця. У людському мозку також існують більш складні зв’язки між різними ділянками кори, а також між корою та іншими структурами. У мозку щура таких зв’язків немає”.

Це означає, що навіть якщо замінити мозок щура людськими клітинами, він, можливо, буде трохи розумнішим за звичайного щура, але не буде схожим на людину в тому сенсі, в якому ми звикли про нього думати. “Сам по собі щурячий мозок, навіть зроблений з усіх людських клітин, не дасть здатності мислити або бути творчим, тобто того, що ми приписуємо людині”, – сказав Чен.

Що ми можемо зробити з органоїдами?

На сьогоднішній день імплантація органоїдів у цілий мозок, швидше за все, погіршить здібності тварини, ніж покращить їх. Це означає, що етичні міркування при дослідженні органоїдів повинні бути такими ж, як і при будь-яких інших експериментах на тваринах – зосередження уваги на тому, чи утримуються тварини в цікавому середовищі, чи мають вони можливість соціалізуватися, і зведення до мінімуму будь-якого болю або дискомфорту, який вони відчувають, наприклад. Але в майбутньому дослідження органоїдів можуть розвиватися дуже глибоко.

Що ми можемо робити з органоїдами?

Інший напрямок майбутнього розширення цієї галузі пов’язаний з мозковою активністю, яку демонструють органоїди. Нещодавня робота показала деякі докази більш складної мережевої активності в органоїдах, після вивчення коливальних хвиль, які вони виробляли. “Цей тип теми – це те, що ми будемо бачити більше, де люди зацікавлені в тому, щоб зрозуміти більше про те, що розвивається з точки зору активності”, – сказав Чен. “Не лише на рівні окремих клітин, але й у міру того, як клітини дозрівають, як вони починають розмовляти одна з одною в межах органоїда”.

Ці розробки дозволять дослідникам використовувати органоїди для моделювання складних нервово-психічних і нейрокогнітивних станів, таких як шизофренія, депресія або синдром дефіциту уваги. Перевага органоїдів як об’єктів дослідження, за словами Чена, полягає в тому, що “вони набагато більш доступні, і ви можете проводити більше втручань і експериментів з органоїдами, ніж з людським мозком. Існує так багато всього, що ми можемо зробити з моделлю органоїда. Ми сподіваємося, що коли ми дізнаємося більше про те, як ці органоїди розвиваються і працюють, ми отримаємо нові знання про те, як функціонує сам людський мозок”.

Рекомендації редакторів

Жінки з байтом: План Вів’єн Мінг вирішити “брудні людські проблеми” за допомогою штучного інтелекту

Поки не кидайте дієту, але вчені виявили, як CRISPR може спалювати жир

• Ось що насправді думає нейробіолог про Neuralink Ілона Маска
• Вчені придумали нове геніальне застосування для фіджет-спіннерів
• Мозковий імплантат – перший крок до повернення зору сліпим
• Irshick Lab

Source: digitaltrends.com