מיני מוחות אנושיים שהושתלו בחולדות פצועות החזירו את ראייתם

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

לפני כמעט עשור, מיני מוחות ירו לזירת מדעי המוח עם הבטחה נכבדה: הבנת המוח המתפתח ושיקום מוחות פצועים.

הידועים בתור אורגנואידים של המוח, הגושים הזעירים האלה של רקמת מוח - בערך בגודל של עדשה - לא נראים כמו האיבר במשקל שלושת הקילוגרמים שמנהל את חיינו. אבל מתחת לפני השטח, הם מתנהגים בצורה מוזרה למוח של עובר אנושי. הנוירונים שלהם נוצצים בפעילות חשמלית. הם משתלבים בקלות עם -ובהמשך לשלוט-שרירים, לפחות במנה. בדומה למוחות מלאים, הם מולידים נוירונים חדשים. חלקם אף מפתחים את המבנה בן שש השכבות של קליפת המוח האנושית - השכבה המקומטת והחיצונית ביותר של המוח שתומכת במחשבה, הגיון, שיפוט, דיבור ו אולי אפילו תודעה.

עם זאת שאלה קריטית רודפת מדעני מוח: האם פיסות רקמת המוח האלה של פרנקנשטיין יכולות לשחזר מוח פצוע?

A ללמוד פורסם ב תא גזע תא החודש הגיעו למסקנה שהם יכולים. באמצעות אורגנואידים מוחיים עשויים מתאי אנוש, צוות בראשות ד"ר האן-צ'יאו אייזק צ'ן מאוניברסיטת פנסילבניה השתיל את המיני-מוחות בחולדות בוגרות עם נזק משמעותי לקליפת הראייה שלהן - האזור התומך בראייה.

תוך שלושה חודשים בלבד התמזגו המיני-מוחים עם המוח של החולדות. כשהצוות האיר אורות מהבהבים עבור החיות, האורגנואידים התגברו בפעילות חשמלית. במילים אחרות, המיני-מוח האנושי קיבל אותות מעיני החולדות.

זה לא רק רעש אקראי. בדומה לקורטקס החזותי שלנו, חלק מהנוירונים של המוח המיני פיתחו בהדרגה העדפה לאור זורח בכיוון מסוים. תארו לעצמכם שאתם מסתכלים על צעצוע מכה של טחנת רוח בשחור-לבן בזמן שעיניכם מסתגלות לפסים הנעים השונים. זה נשמע פשוט, אבל היכולת של העיניים שלך להסתגל - המכונה "בחירת כיוון" - היא רמה מתוחכמת של עיבוד חזותי שקריטית לאופן שבו אנו תופסים את העולם.

המחקר הוא אחד הראשונים שהראו שרקמת מוח מיני יכולה להשתלב עם מארח מבוגר פצוע ולבצע את תפקידה המיועד. בהשוואה לניסיונות קודמים להשתלת תאי גזע, הרקמות המלאכותיות עשויות להחליף חלק פצוע או מנוון במוח בעתיד - אך נותרו אזהרות רבות.

"לרקמות עצביות יש פוטנציאל לבנות מחדש אזורים במוח הפגוע", אמר חן. "לא הסתדרנו הכל, אבל זה צעד ראשון מוצק מאוד."

מיני-חיים של מיני-מוח

אורגני המוח זכו לטיול גיהנום. הם הונדסו לראשונה בשנת 2014, והם תפסו מיד את העניין של מדעני מוח כמודל חסר תקדים של המוח.

הכמו-מוחים עשויים ממקורות רבים כדי לחקות אזורים שונים במוח. שימוש מיידי אחד היה לשלב את הטכנולוגיה עם iPSCs (תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים) כדי לחקור הפרעות נוירו-התפתחותיות, כגון סכיזופרניה או אוטיזם.

כאן, תאי העור של המטופל הופכים בחזרה למצב דמוי תאי גזע, אשר ניתן לגדל עוד יותר לתוך רקמה תלת מימדית של המוח שלהם. מכיוון שהאדם והמוח המיני חולקים את אותם גנים, אפשר לשכפל חלקית את המוח של האדם במהלך ההתפתחות - ועלול לצוד תרופות חדשות.

מאז לידתם, מוחות המיני התרחבו כעת בגודלם, בגילם ובתחכום. קפיצה גדולה אחת הייתה א אספקת דם עקבית. המוח שלנו שזור באופן אינטימי עם כלי דם, ומזין את הנוירונים והרשתות העצביות שלנו בחמצן ובחומרי מזון כדי לספק אנרגיה. פריצת הדרך הגיעה בשנת 2017, כאשר מספר צוותים הראו שהשתלת אורגנואידים אנושיים במוחות המכרסמים גרמה לכלי הדם של המארח להשתלב ו"להזין" את רקמת המוח המובנית, מה שמאפשר לה להתפתח עוד יותר לארכיטקטורת המוח הסבוכה בתוך המארח. הלימודים עורר סופת אש של דיון בתחום, עם ביו-אתיקה וחוקרים כאחד שתוהים אם אורגנואידים אנושיים יכולים לשנות את התפיסה או ההתנהגות של מכרסם.

לחן היה רעיון אחר, אם כי מאתגר יותר. רוב המחקרים הקודמים השתילו מיני מוחות לתוך מכרסמים תינוקות לטפח את האורגנואידים ולהקל על מיזוגם עם המוח המתפתח.

לעומת זאת, מוחות של מבוגרים הם הרבה יותר מרוכסים. מעגלים עצביים המשולבים זה בזה - כולל האיתות והתפקודים שלהם - כבר נוצרו. אפילו כאשר נפצע, כאשר המוח מוכן לתיקון, דחיפה של חלקים נוספים של השתלים אורגנואידים אנושיים כמו פלסטר עלולה לתמוך במעגלים עצביים שבורים - או להפריע למעגלים מבוססים.

המחקר החדש של צ'ן העמיד את התיאוריה במבחן.

מיזוג בלתי צפוי

כדי להתחיל, הצוות טיפח אורגנואידים במוח עם קו תאי גזע אנושי מתחדש. באמצעות מתכון כימי שאושר בעבר, התאים שודלו למיני מוחות המחקים את החלקים הקדמיים של הקורטקס (סביב המצח).

ביום 80, הצוות ראה שכבות קורטיקליות ראשוניות באורגנואיד, יחד עם תאים מאורגנים בצורה שדומה למוח מתפתח. לאחר מכן הם השתילו את האורגנואידים לקליפת הראייה הפגועה של חולדות בוגרות צעירות.

חודש אחד בלבד לאחר ההשתלה, כלי הדם של המארח התמזגו עם הרקמה האנושית, סיפקו לו חמצן וחומרי מזון נחוצים ואפשרו לו להמשיך ולגדול ולהתבגר. המיני-מוחים פיתחו מספר עצום של תאי מוח שונים - לא רק נוירונים, אלא גם תאי מוח "תומכים" כגון אסטרוציטים ותאי חיסון מיוחדים המכונים מיקרוגליה. שני האחרונים רחוקים מלהתבטל: הם היו מעורבים בהזדקנות המוח, מחלת אלצהיימר, דלקת וקוגניציה.

אבל האם המיני-מוח האנושי המושתל יכול לתפקד בתוך חולדה?

בבדיקה ראשונה, הצוות השתמש ב-Tracer פופולרי כדי למפות את הקשרים בין האורגנואיד לעין החיה. בדומה לצבע, הנותב הוא וירוס שמדלג בין קשרים עצביים - סינפסות מכונות - תוך שהוא נושא חלבון שזוהר בירוק עז תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי. כמו מסלול מודגש במפות גוגל, זרם האור התחבר בבירור כל הדרך למוח המיני המושתל, כלומר המעגל שלו התחבר, באמצעות סינפסות מרובות, לעיני החולדות.

שאלה שנייה: האם הרקמה המושתלת יכולה לעזור לחולדה "לראות"? בשישה מתוך שמונה בעלי חיים, הדלקת או כיבוי האורות עוררה תגובה חשמלית, דבר המצביע על כך שהנוירונים האנושיים הגיבו לגירוי חיצוני. הדפוס של הפעילות החשמלית דומה לאלו הטבעיים שנראו בקליפת המוח החזותית, "המרמזת שלנוירונים אורגנואידים יש פוטנציאל דומה להיענות לאור לנוירון קליפת המוח החזותי", אמרו המחברים.

בבדיקה אחרת, השתלים פיתחו נוירונים "בררניים" שהעדיפו סלקטיביות של אוריינטציה ספציפית לאור - מוזרות המוטבעת ביכולת שלנו לתפוס את העולם. כאשר נבדק עם רשתות אור שונות שהבהבו משחור ללבן, ההעדפה הכללית של הנוירונים המושתלים חיקה את זו של נוירונים רגילים ובריאים.

"ראינו שמספר לא מבוטל של נוירונים בתוך האורגנואיד הגיבו לכיוונים ספציפיים של אור, מה שנותן לנו עדות לכך שהנוירונים האורגנואידים האלה הצליחו לא רק להשתלב עם מערכת הראייה, אלא הם הצליחו לאמץ פונקציות מאוד ספציפיות של הראייה. קורטקס," אמר חן.

רקמת מוח של Plug-and-Play?

המחקר מראה שמיני מוחות יכולים ליצור במהירות רשתות עצביות עם המוח של המארח, בקצב מהיר בהרבה מהשתלת תאי גזע בודדים. זה מציע שימוש רב עוצמה בטכנולוגיה: תיקון מוחות פגומים במהירות חסרת תקדים.

נותרו שאלות רבות. ראשית, המחקר נערך בחולדות שקיבלו תרופות מדכאות חיסוניות כדי לעכב דחייה. התקווה למיני מוחות היא שהם יתורבו מתאי המטופל עצמו, ויבטלו את הצורך בתרופות מדכאות חיסון - תקווה שטרם נבדקה במלואה. בעיה נוספת היא כיצד להתאים בצורה הטובה ביותר את ה"גיל" של המוח המיני לזה של המארח שלו, כדי לא לשבש את האותות העצביים הפנימיים של האדם.

הצעד הבא של הצוות הוא לתמוך באזורי מוח פגועים אחרים באמצעות מיני-מוח, במיוחד נזק עקב ניוון מגיל או מחלה. הוספת טכנולוגיות לא פולשניות, כגון נוירומודולציה או "שיקום" חזותי של הנוירונים, עשויה לעזור להשתלבות ההשתלה במעגל המארח ולשפר את תפקודם.

"עכשיו, אנחנו רוצים להבין כיצד ניתן להשתמש באורגנואידים באזורים אחרים בקליפת המוח, לא רק בקליפת המוח החזותית, ואנחנו רוצים להבין את הכללים המנחים כיצד נוירונים אורגנואידים משתלבים עם המוח כדי שנוכל לשלוט טוב יותר בתהליך הזה. לגרום לזה לקרות מהר יותר", אמר חן.

תמונת אשראי: Jgamadze et al.