ლაბორატორიაში გაზრდილი ადამიანის თავის ტვინის მასები წარმატებულად გადანერგეს ახლად დაბადებული ვირთხების ნერვულ სისტემაში; ამით დიდი ნაბიჯი გადაიდგა ნეიროფსიქიატრიული აშლილობების მკურნალობის ახალი გზების მოსაძებნად.
3D ორგანოიდები, რომლებიც ღეროვანი უჯრედებისგან შექმნეს, რათა ადამიანის თავის ტვინის გამარტივებული მოდელის მსგავსი ყოფილიყო, თითოეული ვირთხის ტვინის ქერქში მიმდებარე ქსოვილებს შეუერთეს და გააერთიანეს, რათა წარმოქმნილიყო მღრღნელის საკუთარი თავის ტვინის ფუნქციური ნაწილი; მან მგრძნობელობით აღქმასთან დაკავშირებული აქტივობა აჩვენა.
სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფი, რომელსაც ნეირომეცნიერი სერჟიუ პაშკა ხელმძღვანელობდა, აცხადებს, რომ ამით დაიძლია თეფშზე გაზრდილ ორგანოიდთა თანმხლები შეზღუდვები და მოგვცა ახალი პლატფორმა ადამიანის თავის ტვინის განვითარებისა და ცოცხალ სისტემებში დაავადებათა მოდელირებისთვის.
„ლაბორატორიაში ჩატარებულ საქმიანობათა უმეტესობა მოტივირებული იყო ამ მისიით, რათა გაგვეგო ფსიქიატრიული აშლილობები ბიოლოგიურ დონეზე ისე, რომ ეფექტური სამკურნალო საშუალებებისთვის მიგვეგნო“, — განმარტავს პაშკა.
მისი განცხადებით, მრავალი ასეთი ფსიქიატრიული მდგომარეობა, მაგალითად, აუტიზმი და შიზოფრენია, სავარაუდოდ, მხოლოდ ადამიანისთვის არის დამახასიათებელი ან სულ მცირე ისინი ჩაბუდებულია ადამიანის თავის ტვინის უნიკალურ მახასიათებლებში. ადამიანის თავის ტვინი კი ნამდვილად არ იყო ძლიერ ხელმისაწვდომი, რამაც ხელი შეუშალა პროგრესს ამ დაავადებათა ბიოლოგიის გარკვევაში.
2008 წელს, მეცნიერებმა ნამდვილი გარღვევა ჩაიდინეს: ინდუცირებული პლურიპოტენტური ღეროვანი უჯრედებიდან თავის ტვინის უჯრედები გაზარდეს. ზრდასრული ადამიანებისგან აღებული მომწიფებული უჯრედები ინჟინერიით უკუაქციეს (ინდუცირება), რათა ისინი ღეროვანი უჯრედის „სუფთა ფურცლის“ მდგომარეობას დაბრუნებოდნენ — ფორმას, რომელსაც უჯრედები იღებენ იქამდე, ვიდრე სპეციალიზაციის მქონე უჯრედებად გადაიქცევიან, მაგალითად, კანის ან გულის უჯრედებად.
ამის შემდეგ, ეს ღეროვანი უჯრედები გაწვრთნეს, რომ თავის ტვინის უჯრედებად გადაქცეულიყვნენ, რომლებიც მეცნიერებმა გამოიყვანეს, რათა ტვინის მსგავსი მასები, სახელად ორგანოიდები წარმოექმნათ. ტვინის ანატომიის ძირითადი სფეროების ეს მოდელები, მაგალითად, დაბრეცილი გარე ქერქი, შეიძლება გამოვიყენოთ ტვინის ფუნქციონირებისა და განვითარების ახლოდან შესასწავლად.
რამდენადაც გამოსადეგი არ უნდა იყოს, ქერქის ინვიტრო ორგანოიდებს აქვს შეზღუდვებიც. იმის გამო, რომ ისინი ცოცხალ სისტემებთან არ არის შეერთებული, ვერ აღწევენ მომწიფებას, რითაც მკვლევრებს ართმევენ იმაზე დაკვირვების საშუალებას, თუ როგორ ინტეგრირდებიან ისინი თავის ტვინის სხვა ძირითად ნაწილებთან.
გარდა ამისა, თავის ტვინის ორგანოიდს ლაბორატორიის თეფშზე არ შეუძლია გამოავლინოს იმ რომელიმე დეფექტის ქცევითი შედეგები, რომელთა გამოვლენაც მეცნიერებს შეუძლიათ. ვინაიდან ფსიქიატრიულ აშლილობებს ქცევა განსაზღვრავს, ეს ფაქტი ხელს უშლის ამ აშლილობათა ფიზიოლოგიურ მახასიათებელთა გამოვლენას.
წინა კვლევებში, ამ სირთულეთა დაძლევა მეცნიერებმა სცადეს ადამიანის თავის ტვინის ორგანოიდების გადანერგვით ზრდასრული ვირთხების თავის ტვინში. განვითარების შეუსაბამობის გამო, მან ტრანსპლანტი არ მიიღო: ორგანოიდის განვითარებადმა ნეირონებმა ვერ წარმოქმნეს ძლიერი კავშირი ზრდასრული ვირთხის თავის ტვინის სრულად განვითარებულ ქსელში.
ამიტომ, პაშკამ და მისმა კოლეგებმა რაღაც სხვა სცადეს: ადამიანის თავის ტვინის ქსოვილების გადანერგვა ახლად დაბადებული ვირთხების თავის ტვინში, რომლებიც ჯერ განვითარებული და მომწიფებული არ იყო.
ადამიანის ქერქოვანი (კორტიკალური) ორგანოიდები თეფშზე გამოიყვანეს, შემდეგ კი პირდაპირ რამდენიმე დღის ასაკის ვირთხების სომატოსენსორულ ქერქში გადანერგეს (თავის ტვინის ზონა, რომელიც პასუხისმგებელია მგრძნობელობით ინფორმაციის მიღება-დამუშავებაზე). ამის შემდეგ, ამ ვირთხებს 140 დღის განმავლობაში აცადეს ზრდა (ვირთხები სრულ სქესობრივ სიმწიფეს 6-12 კვირის ასაკში აღწევენ).
შემდეგ, მეცნიერებმა ვირთხების შესწავლა დაიწყეს. მათ გენური ინჟინერიით გამოიყვანეს ორგანოიდები, რომლებიც ლურჯი სინათლის სტიმულს ეპასუხებიან და ააქტიურებენ ნეირონებს, როდესაც მათ ეს ლურჯი სინათლე ეცემათ. ასეთი სტიმულირებები ადამიანის ნეირონებზე მაშინ განხორციელდა, როდესაც ვირთხებს წყლის დასალევად მილის ტუჩის ალოკვაში წვრთნიდნენ. შემდეგ, როდესაც ლურჯმა სინათლემ ორგანოიდებს დაანათა, ვირთხებს ავტომატურად ლოკავდნენ, რითაც გამოხატეს პასუხი, რომელიც საკონტროლო ჯგუფში არ ფიქსირდებოდა.
ეს კი იმაზე მიუთითებდა, რომ ორგანოიდი არა მხოლოდ ვირთხის თავის ტვინის ნაწილის სახით ფუნქციონირებდა, არამედ შეეძლო წარემართა ჯილდოს ძებნის მსგავსი ქცევაც.
ორგანოიდში ნეირონების კიდევ ერთმა ჯგუფმა აქტივობა მაშინ აჩვენა, როდესაც მეცნიერებმა ვირთხების ულვაშები მოქაჩეს — ეს იმის მტკიცებულება იყო, რომ ნეირონებს მგრძნობელობით სტიმულზე რეაგირება შეუძლიათ.
გენეტიკური დაავადების, სახელად ტიმოთის სინდრომის მქონე სამი ადამიანი პაციენტისგან კულტივირებული თავის ტვინის უჯრედები ასევე გამოიყენეს ზოგიერთ ორგანოიდში. ტიმოთის სინდრომი გავლენას ახდენს გულზე, თითებსა და ნერვულ სისტემაზე და როგორც წესი, სრულდება ნაადრევი სიკვდილით.
ქცევითი ტესტების შემდეგ, ვირთხებს ევთანაზია გაუკეთეს და თავის ტვინი ამოაცალეს; შედეგად, მკვლევრები ორგანოიდთა ინტეგრაციას უჯრედულ დონეზე დააკვირდნენ. დაადგინეს, რომ ორგანოიდთა ნეირონები გაცილებით მეტად იყო გაზრდილი, ვიდრე ვიდრე ნებისმიერი ნეირონი ინ ვიტრო, რამაც ვირთხების თაგვის ტვინი გააფართოვა და ვირთხების მშობლიურ ნეირონებთან ერთად წარმოქმნა ქსელები.
ტიმოთის სინდრომის ტრანსპლანტების მქონე ვირთხების ნეირონებს უფრო ნაკლებად დახვეწილი ფორმები ჰქონდა და უფრო სხვანაირ სინაპტიკურ შეერთებებს წარმოქმნიდა მიმდებარე ტვინის ქსოვილთან, ვიდრე ეს საკონტროლო ჯგუფში ხდებოდა. აღმოჩენა ახალია და ვერ მოხერხდებოდა ლაბორატორიის თეფშზე, ტვინის ორგანოიდებში.
მიუხედავად იმისა, რომ პლატფორმას ჯერ კიდევ აქვს გარკვეული შეზღუდვები, მკვლევრები ფიქრობენ, რომ აქვს პოტენციალი, გახდეს ახალი მძლავრი ხელსაწყო ტვინის განვითარებისა და დაავადებების შესასწავლად.
კვლევა Nature-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.
