Μικροσκοπικές εκδοχές του ανθρώπινου εγκεφαλικού φλοιού, που καλλιεργούνται στο εργαστήριο εδώ και πέντε χρόνια, φαίνεται πως ακολουθούν την πορεία ανάπτυξης ενός πραγματικού ανθρώπινου εγκεφάλου, φτάνοντας να παρουσιάζουν γενετικά χαρακτηριστικά αντίστοιχα με εκείνα του εγκεφάλου ενός παιδιού περίπου τεσσάρων ετών.
Πρόκειται για τα εγκεφαλικά οργανοειδή με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής που έχουν μελετηθεί λεπτομερώς μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με το New Scientist, η γενετική τους δραστηριότητα προσομοίαζε με εκείνη που παρατηρείται τυπικά στον εγκέφαλο ενός παιδιού τεσσάρων ετών, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα οργανοειδή μπορούν να «αντιλαμβάνονται» με βιολογικό τρόπο το πέρασμα του χρόνου.
«Αυτό αποδεικνύει για πρώτη φορά ότι όχι μόνο μπορούν να καλλιεργηθούν οργανοειδή ανθρώπινου εγκεφάλου για περίπου πέντε χρόνια, αλλά παρουσιάζουν επίσης ένα προφίλ γήρανσης που αντιστοιχεί σε εκείνο του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου αντίστοιχης ηλικίας», δηλώνει ο András Lakatos από το Πανεπιστήμιο του Cambridge, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Τα εγκεφαλικά οργανοειδή είναι συσσωματώματα εγκεφαλικών κυττάρων που καλλιεργούνται σε εργαστηριακό περιβάλλον. Δημιουργούνται με την εμβάπτιση βλαστοκυττάρων σε χημικές ουσίες, οι οποίες τα ωθούν να σχηματίσουν κυτταρικές δομές που προσομοιάζουν με εμβρυϊκούς εγκεφάλους.
Η μελέτη αυτών των μικροσκοπικών εγκεφαλικών δομών έχει ήδη προσφέρει σημαντικές γνώσεις για τον αυτισμό, αλλά και για παθήσεις όπως η άνοια. Ωστόσο, το κόστος και η μεγάλη χειρωνακτική εργασία που απαιτείται για τη διατήρησή τους σημαίνει ότι, στις περισσότερες περιπτώσεις, τα οργανοειδή καλλιεργούνται μόνο για λίγους μήνες, επισημαίνει ο Lakatos.
Το 2021, ερευνητές είχαν αναφέρει την καλλιέργεια ανθρώπινων οργανοειδών για διάστημα έως και δύο ετών. Οι συγκεκριμένες δομές προσομοίαζαν τον εγκεφαλικό φλοιό από τα στάδια της ανάπτυξής του κατά την κύηση έως και σχεδόν έναν χρόνο μετά τη γέννηση.
Τώρα, η Paola Arlotta από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και οι συνεργάτες της προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα, αναλύοντας τη γενετική δραστηριότητα οργανοειδών του εγκεφαλικού φλοιού ηλικίας πέντε ετών, τα οποία είχαν αναπτυχθεί από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα.
Η ερευνητική ομάδα καλλιεργεί τον ίδιο τύπο οργανοειδών εδώ και επτά χρόνια. Ωστόσο, ο αριθμός των παλαιότερων οργανοειδών είναι πολύ μικρός ώστε να επιτρέψει μια αξιόπιστη ανάλυσή τους, όπως εξηγεί η ίδια η Arlotta.
Οι επιστήμονες ανέλυσαν τη γενετική δραστηριότητα, αλλά και τα επιγενετικά χαρακτηριστικά των κυττάρων των πενταετών οργανοειδών. Πρόκειται για χημικές «ετικέτες» που προστίθενται στο DNA, ρυθμίζουν τη δραστηριότητα των γονιδίων και μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν τα δεδομένα αυτά με αντίστοιχες μετρήσεις από εμβρυϊκούς εγκεφάλους, οι οποίες είχαν καταγραφεί σε προηγούμενες έρευνες. Διαπίστωσαν ότι, όταν τα οργανοειδή βρίσκονταν σε ηλικία τριών έως έξι μηνών, παρουσίαζαν ομοιότητες με τον εγκέφαλο εμβρύου ηλικίας περίπου τριών έως έξι μηνών μετά τη σύλληψη.
Καθώς περνούσε ο χρόνος, τα οργανοειδή άρχισαν να προσομοιάζουν με ολοένα μεταγενέστερα στάδια της εγκεφαλικής ανάπτυξης. Έτσι, η δραστηριότητα των οργανοειδών ηλικίας πέντε ετών μιμούνταν εκείνη που παρατηρείται στον εγκεφαλικό φλοιό ενός τυπικού παιδιού ηλικίας περίπου τεσσάρων ετών.
«Κατέγραφαν το πέρασμα του χρόνου στις επιγενετικές τους υπογραφές [και στη γονιδιακή τους δραστηριότητα]», αναφέρει η Arlotta.
Η διαπίστωση αυτή θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους στην έρευνα για νευροαναπτυξιακές και νευρολογικές παθήσεις. Σύμφωνα με τον Lakatos, οργανοειδή που μπορούν να διατηρηθούν για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα θα μπορούσαν να προσφέρουν έναν τρόπο μελέτης του τρόπου με τον οποίο ο αυτισμός και παθήσεις όπως η επιληψία εκδηλώνονται κατά τα μεταγενέστερα στάδια της ανάπτυξης του εγκεφάλου.
Η Arlotta αναφέρει ότι η ίδια και οι συνεργάτες της ήδη αξιοποιούν τα οργανοειδή τους προς αυτή την κατεύθυνση, ενώ παράλληλα τα χρησιμοποιούν για τον εντοπισμό φαρμάκων που ενδέχεται να είναι σε θέση να τροποποιήσουν την εξέλιξη παθήσεων όπως η επιληψία.
Παρά τη σημαντική αυτή προοπτική, η τεχνολογία δεν είναι ακόμη εύκολα προσβάσιμη σε όλες τις ερευνητικές ομάδες. Ο Lakatos επισημαίνει ότι άλλοι επιστήμονες δεν θα είναι σε θέση να αξιοποιήσουν άμεσα τέτοια οργανοειδή, λόγω των σημαντικών δυσκολιών που συνεπάγεται η μακροχρόνια καλλιέργειά τους.
Για τον ίδιο, ένα από τα σημαντικότερα επόμενα βήματα θα είναι η εξεύρεση τρόπων ώστε να επιταχύνεται η διαδικασία γήρανσης των οργανοειδών. Μια τέτοια εξέλιξη θα μπορούσε να καταστήσει ευκολότερη και ταχύτερη τη μελέτη των αλλαγών που συμβαίνουν στον ανθρώπινο εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και, κατ’ επέκταση, να προσφέρει νέα εργαλεία για την κατανόηση και την αντιμετώπιση νευρολογικών και νευροαναπτυξιακών παθήσεων.
Με πληροφορίες από το Newscientist / Nature
