Dva nezavisna istraživačka tima su uspešno regenerisala mišja moždana kola kod miševa koristeći neurone uzgojene iz matičnih ćelija pacova. Obe studije, objavljene 25. aprila u časopisu Cell, nude dragocene uvide u to kako se formira moždano tkivo i predstavljaju nove mogućnosti za obnavljanje izgubljene moždane funkcije usled bolesti i starenja.
„Ovo istraživanje pomaže da se pokaže potencijalna fleksibilnost mozga u korišćenju sintetičkih neuronskih kola za obnavljanje moždanih funkcija“, kaže Kristin Boldvin, profesor na Univerzitetu Kolumbija u Njujorku i odgovarajući autor jednog od dva rada. Boldvinov tim je obnovio mišja olfaktorna neuronska kola, međusobno povezane neurone u mozgu odgovorne za čulo mirisa i njihovu funkciju koristeći matične ćelije pacova.
„Mogućnost da generišemo moždana tkiva iz jedne vrste unutar druge može nam pomoći da razumemo razvoj mozga i evoluciju kod različitih vrsta“, kaže Jun Vu, vanredni profesor na Univerzitetu Teksas Southvestern Medical Center u Dalasu i odgovarajući autor drugog rada.
Vuov tim je razvio platformu zasnovanu na CRISPR-u koja bi mogla efikasno da identifikuje specifične gene koji pokreću razvoj specifičnih tkiva. Oni su testirali platformu tako što su utišali gen potreban za razvoj prednjeg mozga kod miševa, a zatim obnovili tkivo koristeći matične ćelije pacova.
Miševi i pacovi su dve različite vrste koje su nezavisno evoluirale otprilike 20 do 30 miliona godina. U prethodnim eksperimentima, naučnici su uspeli da zamene pankreas kod miševa koristeći matične ćelije pacova kroz proces koji se naziva komplementacija blastocista.
Da bi ovaj proces funkcionisao, istraživači ubrizgavaju matične ćelije pacova u blastociste miševa – embrione u ranoj fazi – kojima nedostaje sposobnost da razviju pankreas zbog genetskih mutacija. Matične ćelije pacova su se zatim razvile u nedostajući pankreas i dopunile njegovu funkciju.
Ali, do danas, nije prijavljeno stvaranje moždanog tkiva korišćenjem matičnih ćelija iz različitih vrsta putem komplementacije blastocista. Sada, koristeći CRISPR, Vuov tim je testirao sedam različitih gena i otkrio da bi nokautiranje Hesk1 moglo pouzdano da generiše miševe koji nemaju prednji mozak.
Tim je zatim ubrizgao matične ćelije pacova u blastociste Hesk1 nokaut miševa, a ćelije pacova su popunile nišu kako bi formirale prednji mozak kod miševa. Pacovi imaju veći mozak od miševa, ali prednji mozak koji potiče od pacova razvija se istim tempom i veličinom kao i kod miševa. Pored toga, neuroni pacova su bili u stanju da prenose signale susednim neuronima miša i obrnuto.
Istraživači nisu testirali da li je prednji mozak iz matičnih ćelija pacova promenio ponašanje miševa. „Nedostaju dobri testovi ponašanja za razlikovanje pacova od miševa“, kaže Vu. „Ali iz našeg eksperimenta, izgleda da se ovi miševi sa prednjim mozgom pacova ne ponašaju neobično.“
U drugoj studiji, Boldvinov tim je koristio specifične gene da bi ubio ili utišao mišje olfaktorne senzorne neurone koji se koriste za čulo mirisa i ubrizgali matične ćelije pacova u embrione miševa. Model utišavanja oponaša ono što se vidi kod neurorazvojnih poremećaja, gde određeni neuroni ne mogu dobro da komuniciraju sa mozgom. Model ubijanja je u potpunosti uklonio neurone, simulirajući degenerativne bolesti.
Otkrili su da je komplementacija blastocista obnovila mišja olfaktorna neuronska kola različito u zavisnosti od modela. Kada su neuroni miša bili prisutni, ali tihi, neuroni pacova su pomogli u formiranju bolje organizovanih regiona mozga u poređenju sa modelom ubijanja. Međutim, kada je tim testirao ove himere pacova i miša obučavajući ih da pronađu skriveni kolačić zakopan u kavezu, neuroni pacova su bili najbolji u spasavanju ponašanja u modelu ubijanja.
„Ovaj zaista iznenađujući rezultat nam omogućava da pogledamo šta je različito između ova dva modela bolesti i pokušamo da identifikujemo mehanizme koji bi mogli da pomognu u obnavljanju funkcija u bilo kojoj vrsti bolesti mozga“, kaže Boldvin. Njen tim je takođe testirao komplementaciju blastocista kod miševa na modelu bolesti koristeći ćelije miševa sa normalnim olfaktornim sistemima. Oni su pokazali da je komplementarnost unutar vrste spasila nalaz kolačića u oba modela.
„Upravo sada, ljudima se u kliničkim ispitivanjima presađuju neuroni izvedeni iz matičnih ćelija za Parkinsonovu bolest i epilepsiju. Koliko će to dobro funkcionisati? I da li će različita genetska pozadina između pacijenta i transplantiranih ćelija predstavljati barijeru? Ova studija pruža sistem u kojem možemo proceniti mogućnosti za komplementarnost mozga iste vrste u mnogo većoj skali od kliničkog ispitivanja“, kaže Boldvin.
Komplementacija blastocistima je još uvek daleko od kliničke primene kod ljudi, ali obe studije sugerišu da matične ćelije iz različitih vrsta mogu da sinhronizuju svoj razvoj sa mozgom domaćina.
Naučnici su takođe eksperimentisali sa uzgojem ljudskih organa kod drugih vrsta kao što su svinje koristeći komplementaciju blastocista. Prošle godine, naučnici su stvorili embrionalne bubrege koristeći ljudske matične ćelije kod svinja, nudeći potencijalno rešenje za mnoge ljude na listama čekanja za transplantaciju.
„Naša težnja je da obogatimo organe svinja određenim procentom ljudskih ćelija, sa ciljem da poboljšamo ishode za primaoce organa. Ali trenutno postoje još mnogi tehnički i etički izazovi koje treba da prevaziđemo pre nego što to možemo testirati u kliničkim ispitivanjima,“ kaže Vu.
Pored implikacija studija u medicini, timovi su takođe zainteresovani da koriste ovaj pristup za proučavanje mozgova mnogih divljih glodara koji nisu bili dostupni u laboratorijskom okruženju.
„Postoji preko 2.000 živih vrsta glodara u svetu. Mnogi od njih se ponašaju drugačije od glodara koje obično proučavamo u laboratoriji. Komplementacija nervnih blastocista među vrstama potencijalno može otvoriti vrata za proučavanje kako se mozgovi tih vrsta razvijaju, evoluiraju i funkcionišu“, kaže Vu.
