Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στις ΗΠΑ κατάφεραν να δημιουργήσουν στο εργαστήριο έναν μικροσκοπικό ανθρώπινο εγκέφαλο με συνδεδεμένες εγκεφαλικές περιοχές και πρώιμα αιμοφόρα αγγεία. Αυτό το οργανοειδές, που μιμείται τον εγκέφαλο ενός εμβρύου στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη και θεραπεία πολύπλοκων ψυχικών διαταραχών.
«Δημιουργήσαμε την επόμενη γενιά εγκεφαλικών οργανοειδών» δήλωσε η κύρια συγγραφέας της μελέτης, Άνι Καθούρια, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του JHU.
«Τα περισσότερα οργανοειδή που βλέπουμε σε μελέτες προσομοιώνουν μία μόνο περιοχή του εγκεφάλου- όπως ο φλοιός, το στέλεχος ή το μεσεγκέφαλο. Εμείς αναπτύξαμε ένα αρχέγονο ολόκληρο εγκεφαλικό οργανοειδές, το οποίο ονομάζουμε πολυπεριοχικό εγκεφαλικό οργανοειδές (MRBO)» εξήγησε.
Βασικά σημεία της μελέτης
- Για πρώτη φορά, επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν οργανοειδές που περιλαμβάνει ιστούς από όλες τις βασικές περιοχές του εγκεφάλου, οι οποίοι λειτουργούν συντονισμένα.
- Τα περισσότερα οργανοειδή μέχρι σήμερα αναπαράγουν μόνο μεμονωμένα τμήματα του εγκεφάλου.
- Το νέο μοντέλο, βασισμένο σε ανθρώπινα κύτταρα, ανοίγει τον δρόμο για τη μελέτη παθήσεων όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια, που επηρεάζουν ολόκληρο τον εγκέφαλο- κάτι που μέχρι τώρα γινόταν κυρίως σε ζωικά μοντέλα.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Science, είναι από τις πρώτες που παρουσιάζουν ένα εργαστηριακό μοντέλο εγκεφάλου με πολλαπλές λειτουργικές περιοχές.
Πώς ανέπτυξαν τον μικροσκοπικό εγκέφαλο οι ερευνητές
Αρχικά, η ομάδα καλλιέργησε ξεχωριστά νευρικά κύτταρα από διάφορες περιοχές του εγκεφάλου, μαζί με πρώιμα αιμοφόρα αγγεία. Στη συνέχεια, αυτά τα συστατικά ενώθηκαν με τη χρήση συγκολλητικών πρωτεϊνών που βοήθησαν τους ιστούς να συνδεθούν. Καθώς το οργανοειδές αναπτυσσόταν, παρουσίασε συγχρονισμένη ηλεκτρική δραστηριότητα- σημάδι ότι οι εγκεφαλικές περιοχές επικοινωνούν μεταξύ τους.
Το τελικό οργανοειδές περιείχε πολλούς διαφορετικούς τύπους νευρώνων, παρόμοιους με εκείνους που εντοπίζονται στον εγκέφαλο ενός ανθρώπινου εμβρύου περίπου 40 ημερών. Συγκεκριμένα, εμφάνισε περίπου το 80% της κυτταρικής ποικιλομορφίας που παρατηρείται στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αν και σαφώς μικρότερο από έναν πλήρως σχηματισμένο εγκέφαλο (με περίπου 6-7 εκατομμύρια νευρώνες, έναντι δεκάδων δισεκατομμυρίων σε έναν ενήλικο εγκέφαλο), προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο μελέτης της συνολικής εγκεφαλικής ανάπτυξης.
Αιματοεγκεφαλικός φραγμός
Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης τη δημιουργία ενός πρώιμου αιματοεγκεφαλικού φραγμού– ενός στρώματος κυττάρων που περιβάλλουν τον εγκέφαλο και ρυθμίζουν ποιες ουσίες μπορούν να τον διαπεράσουν.
«Για να κατανοήσουμε διαταραχές όπως ο αυτισμός ή η σχιζοφρένεια, χρειαζόμαστε μοντέλα που βασίζονται σε ανθρώπινα κύτταρα. Ωστόσο, δεν μπορούμε απλώς να “ρίξουμε μια ματιά” στον εγκέφαλο κάποιου για να μελετήσουμε αυτές τις παθήσεις», εξήγησε η Καθούρια. «Τα πολυπεριοχικά εγκεφαλικά οργανοειδή μάς επιτρέπουν να παρακολουθούμε την εξέλιξη των διαταραχών σε πραγματικό χρόνο, να δοκιμάζουμε θεραπείες και ενδεχομένως να τις προσαρμόζουμε σε κάθε ασθενή» συμπλήρωσε.
Ένα νέο κεφάλαιο στην ανάπτυξη φαρμάκων
Η χρήση τέτοιων εγκεφαλικών οργανοειδών για τη δοκιμή πειραματικών φαρμάκων θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την επιτυχία των κλινικών δοκιμών. Περίπου το 85–90% των φαρμάκων αποτυγχάνει στη Φάση 1 των δοκιμών, ενώ στα νευροψυχιατρικά φάρμακα το ποσοστό αποτυχίας αγγίζει το 96%. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η προκλινική φάση βασίζεται σχεδόν αποκλειστικά σε ζωικά μοντέλα. Τα πολυπεριοχικά οργανοειδή προσομοιώνουν πιο πιστά την ανθρώπινη εγκεφαλική ανάπτυξη και αναμένεται να αποτελέσουν πιο αξιόπιστους υποψήφιους για κλινικές δοκιμές.
«Παθήσεις όπως ο αυτισμός, η σχιζοφρένεια και το Αλτσχάιμερ επηρεάζουν ολόκληρο τον εγκέφαλο, όχι μόνο ένα τμήμα του. Αν κατανοήσουμε τι πάει στραβά στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, ίσως μπορέσουμε να εντοπίσουμε νέους στόχους για τη φαρμακευτική αντιμετώπιση», σημείωσε η ερευνήτρια. «Μπορούμε να δοκιμάσουμε φάρμακα ή θεραπείες στα οργανοειδή και να δούμε εάν όντως έχουν επίδραση» κατέληξε η Καθούρια.
ΠΗΓΗ: SciTechDaily
