Ένα σημαντικό βήμα στη μελέτη του ανθρώπινου εγκεφάλου πέτυχε ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ, διατηρώντας ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή ζωντανά σε εργαστηριακές συνθήκες για πέντε ολόκληρα χρόνια. Πρόκειται για διάρκεια που ξεπερνά κατά πολύ ό,τι είχε επιτευχθεί μέχρι σήμερα.
Τα λεγόμενα «μίνι εγκεφάλια» δεν αποτελούν μικροσκοπικές εκδοχές ενός πραγματικού ανθρώπινου εγκεφάλου. Πρόκειται για τρισδιάστατες κυτταρικές δομές που αναπαράγουν ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά του εγκεφάλου, όπως διαφορετικούς τύπους κυττάρων, πρότυπα γονιδιακής έκφρασης και συγκεκριμένα στάδια της νευροαναπτυξιακής οργάνωσης.
Η δυνατότητα διατήρησής τους για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα προσφέρει στους επιστήμονες ένα ιδιαίτερα χρήσιμο μοντέλο για να μελετήσουν τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται, λειτουργεί και επηρεάζεται από ασθένειες ένα από τα πιο σύνθετα όργανα του ανθρώπινου σώματος.
Ένα μεγάλο εμπόδιο στη μελέτη του ανθρώπινου εγκεφάλου
Η έρευνα αποκτά ιδιαίτερη σημασία επειδή ο ανθρώπινος εγκέφαλος παραμένει εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθεί απευθείας. Η τεράστια πολυπλοκότητά του, αλλά και οι διαφορές του από τον εγκέφαλο άλλων ζώων, περιορίζουν την ικανότητα των επιστημόνων να βασίζονται αποκλειστικά σε ζωικά μοντέλα.
Μέχρι σήμερα, τα εγκεφαλικά οργανοειδή μπορούσαν κυρίως να αναπαράγουν πρώιμα στάδια ανάπτυξης που αντιστοιχούν στους πρώτους μήνες της ανθρώπινης εμβρυϊκής ζωής. Στη συνέχεια, όμως, η καλλιέργειά τους γινόταν ολοένα δυσκολότερη.
Ιδιαίτερα ευάλωτοι ήταν οι νευρώνες, οι οποίοι άρχιζαν να υποβαθμίζονται προτού τα οργανοειδή μπορέσουν να εξελιχθούν σε πιο ώριμες δομές.
Η νέα μέθοδος φαίνεται να ξεπερνά σε σημαντικό βαθμό αυτόν τον περιορισμό. Οι ερευνητές όχι μόνο κατάφεραν να παρατείνουν δραματικά τη διάρκεια ζωής των οργανοειδών, αλλά παράλληλα επιτάχυναν την παραγωγή συγκεκριμένων τύπων νευρικών κυττάρων.
Σε ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα, κατάφεραν να δημιουργήσουν μέσα σε περίπου δύο εβδομάδες έναν τύπο νευρώνα που υπό φυσιολογικές συνθήκες θα απαιτούσε μήνες για να αναπτυχθεί.
Νέες δυνατότητες για τη νευροεπιστήμη
Η μακροχρόνια διατήρηση των οργανοειδών μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο μελετώνται τόσο η φυσιολογική ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου όσο και οι νευρολογικές ασθένειες.
Οι επιστήμονες μπορούν πλέον να παρακολουθούν σε μεγαλύτερο βάθος τις κυτταρικές και μοριακές αλλαγές που συμβαίνουν κατά την ανάπτυξη του ανθρώπινου νευρικού συστήματος.
Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία επειδή ορισμένες διαταραχές μπορεί να ξεκινούν από πολύ πρώιμες αλλαγές στα κύτταρα ή στη γονιδιακή τους λειτουργία, πολύ πριν εμφανιστούν συμπτώματα.
Παράλληλα, η ταχύτερη παραγωγή συγκεκριμένων τύπων νευρώνων μπορεί να διευκολύνει την εργαστηριακή μελέτη νευροεκφυλιστικών παθήσεων και την αξιολόγηση πιθανών θεραπευτικών προσεγγίσεων.
Η τεχνολογία δεν αποτελεί, φυσικά, υποκατάστατο ενός πραγματικού ανθρώπινου εγκεφάλου. Προσφέρει όμως ένα ελεγχόμενο ανθρώπινο βιολογικό μοντέλο που μπορεί να συμπληρώσει τις υπάρχουσες μεθόδους έρευνας.
Περισσότερα από 424.000 κύτταρα στο επίκεντρο της μελέτης
Η κλίμακα των δεδομένων που συγκεντρώθηκαν είναι ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο της έρευνας, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
Οι επιστήμονες ανέλυσαν περισσότερα από 424.000 κύτταρα από 110 εγκεφαλικά οργανοειδή, συγκεντρώνοντας παράλληλα εκτεταμένα δεδομένα σχετικά με τις αλλαγές και τη γήρανση του DNA.
Το τεράστιο αυτό σύνολο δεδομένων μπορεί να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο για την επιστημονική κοινότητα. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε μελλοντικές μελέτες για την ανάπτυξη και τη γήρανση του εγκεφάλου, αλλά και για την αναζήτηση των κυτταρικών μηχανισμών που συνδέονται με νευρολογικές και νευροεκφυλιστικές ασθένειες.
Η δυνατότητα να παραμένουν ζωντανά ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή επί χρόνια δημιουργεί έτσι ένα νέο «παράθυρο» στην ανθρώπινη νευροβιολογία, επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρακολουθούν διαδικασίες που μέχρι σήμερα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθούν σε ανθρώπινα κύτταρα.