Επιστήμονες ανέπτυξαν ένα μοναδικό οργανοειδές που μιμείται ολόκληρο τον εγκέφαλο

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins ανέπτυξαν ένα μοναδικό οργανοειδές ανθρώπινου εγκεφάλου που περιέχει νευρικό ιστό και στοιχειώδη αιμοφόρα αγγεία. Η εξέλιξη αυτή θα μπορούσε να αποτελέσει μια σημαντική ανακάλυψη στη μελέτη νευροψυχιατρικών διαταραχών όπως ο αυτισμός.

«Δημιουργήσαμε ένα οργανοειδές επόμενης γενιάς», δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας Άνι Καθούρια, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του JHU, η οποία μελετά την ανάπτυξη του εγκεφάλου και τις νευροψυχιατρικές ασθένειες. «Συνήθως, οι μελέτες δημιουργούν οργανοειδή που αντιπροσωπεύουν μόνο ένα μέρος του εγκεφάλου - τον φλοιό, τον οπίσθιο εγκέφαλο ή τον μεσεγκέφαλο. Καταφέραμε να αναπτύξουμε ένα στοιχειώδες οργανοειδές ολόκληρου του εγκεφάλου που ονομάζουμε πολυπεριφερειακό οργανοειδές εγκεφάλου (MRBO)».

Η εργασία, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Science, είναι μια από τις πρώτες φορές που οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα οργανοειδές που περιλαμβάνει ιστό από όλες τις κύριες περιοχές του εγκεφάλου που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη μελέτη ασθενειών που επηρεάζουν ολόκληρο τον εγκέφαλο, όπως η σχιζοφρένεια ή ο αυτισμός. Μέχρι σήμερα, τέτοιες μελέτες έχουν διεξαχθεί κυρίως σε ζωικά μοντέλα.

Για την ανάπτυξη του MRBO, η ομάδα της Kathuria καλλιέργησε πρώτα νευρικά κύτταρα από διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, καθώς και υποτυπώδη αιμοφόρα αγγεία, σε ξεχωριστά τρυβλία. Στη συνέχεια, συνέδεσαν αυτά τα μέρη χρησιμοποιώντας ειδικές πρωτεΐνες «κόλλας», επιτρέποντας στους ιστούς να αναπτύσσονται μεταξύ τους και να επικοινωνούν. Καθώς το οργανοειδές μεγάλωνε, άρχισαν να εμφανίζονται ηλεκτρικά σήματα, υποδεικνύοντας δραστηριότητα νευρωνικού δικτύου.

Το οργανοειδές που δημιουργήθηκε περιελάμβανε ένα ευρύ φάσμα νευρωνικών κυττάρων παρόμοιων με εκείνα στον εγκέφαλο ενός ανθρώπινου εμβρύου την 40ή ημέρα ανάπτυξης. Η δομή μίνι εγκεφάλου που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο κατάφερε να αναπαράγει περίπου το 80% των κυτταρικών τύπων που χαρακτηρίζουν το πρώιμο στάδιο ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Αν και το MRBO είναι σημαντικά μικρότερο από τον πραγματικό εγκέφαλο (περίπου 6-7 εκατομμύρια νευρώνες έναντι δεκάδων δισεκατομμυρίων σε έναν ενήλικα), παρέχει μια μοναδική πλατφόρμα για τη μελέτη της ανάπτυξης του εγκεφάλου στο σύνολό του.

Το οργανοειδές έδειξε επίσης μια πρώιμη μορφή του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, ενός στρώματος κυττάρων που ελέγχει τη διέλευση ουσιών στον εγκέφαλο.

«Αν θέλουμε να κατανοήσουμε τις νευροαναπτυξιακές διαταραχές ή τις ψυχιατρικές ασθένειες, πρέπει να εργαστούμε με ανθρώπινα κύτταρα. Αλλά δεν μπορώ απλώς να ζητήσω από κάποιον να μου «δανείσει» τον εγκέφαλό του για να μελετήσω τον αυτισμό», εξηγεί η Καθουρία. «Τα οργανοειδή ολόκληρου του εγκεφάλου μας επιτρέπουν να παρατηρούμε την εξέλιξη της νόσου σε πραγματικό χρόνο, να δοκιμάζουμε θεραπείες, ακόμη και να αναπτύσσουμε εξατομικευμένες θεραπείες».

Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι η χρήση τέτοιων οργανοειδών για τη δοκιμή νέων φαρμάκων θα μπορούσε να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα των κλινικών δοκιμών. Σήμερα, το 85% έως 90% των φαρμάκων αποτυγχάνουν στις δοκιμές φάσης Ι σε ανθρώπους, και για τα νευροψυχιατρικά φάρμακα το ποσοστό αποτυχίας είναι ακόμη υψηλότερο - έως και 96%. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ζωικά μοντέλα χρησιμοποιούνται κυρίως στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, ενώ η MRBO αναπαράγει καλύτερα την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου και μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα πιο ακριβές μοντέλο.

«Η σχιζοφρένεια, ο αυτισμός και η νόσος Αλτσχάιμερ επηρεάζουν ολόκληρο τον εγκέφαλο, όχι μόνο συγκεκριμένες περιοχές», λέει η Καθούρια. «Αν μπορέσουμε να κατανοήσουμε τι πάει στραβά στα πρώτα στάδια ανάπτυξης, μπορούμε να βρούμε νέους στόχους για θεραπεία και ανάπτυξη φαρμάκων. Μπορούμε να δοκιμάσουμε φάρμακα απευθείας σε αυτά τα οργανοειδή και να αξιολογήσουμε την αποτελεσματικότητά τους πριν φτάσουν σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους».