Zamislite da se izgubljeni, degenerisani ili bolesni delovi mozga mogu ponovo izrasti u laboratoriji i presaditi za novi život. Naučnici sa Kalifornijskog univerziteta u San Dijegu približili su nas toj stvarnosti.
Ljudski kortikalni organoidi (ili ‘mini-mozak’) presađeni miševima ne samo da su povezani sa vaskularnim sistemom domaćina, već su reagovali na impulse svetlosti koji su sijali u oči ispitanika na sličan način kao i okolno moždano tkivo.
Tokom nekoliko meseci, istraživači su koristili inovativni sistem za snimanje za merenje električne aktivnosti u organoidu koji je ukazivao na integrisani odgovor na vizuelne stimuluse.
Ovo je prvi put da su naučnici uspeli da potvrde funkcionalne veze u transplantiranom organoidu ljudskog mozga u realnom vremenu, uglavnom zahvaljujući poboljšanjima implantata koji su u stanju da mere suptilne neurološke signale na finoj skali.
„Mi predviđamo da će se, dalje na putu, ova kombinacija tehnologija matičnih ćelija i neurorekordera koristiti za modeliranje bolesti u fiziološkim uslovima na nivou neuronskih kola, ispitivanje kandidata za tretmane na genetskoj pozadini specifično za pacijenta i procenu organoida. potencijal za obnavljanje određenih izgubljenih, degenerisanih ili oštećenih regiona mozga nakon integracije“, pišu autori.
Tim inženjera i neuronaučnika, predvođen neuroinženjerom Duiguom Kuzumom, razvio je svoj novi sistem snimanja za merenje aktivnosti moždanih talasa i na makro i na mikro nivou u isto vreme.
Postavka koristi fleksibilne i providne mikroelektrode napravljene od grafena koje se mogu implantirati u određene delove mozga. Ova visoko podešena tehnologija precizno prikazuje skokove u neuronskoj aktivnosti kako iz transplantiranog organoida tako i iz okolnog moždanog tkiva dok se javljaju.
Manje od mesec dana nakon transplantacije, istraživači su otkrili da su njihovi ljudski organoidi formirali funkcionalne sinaptičke veze sa ostatkom vizuelnog korteksa miša.
Dva meseca kasnije, strano tkivo se još više integrisalo u mozak domaćina.
Prethodne studije, neke od istih autora na UCSD, pokazale su da ljudski mini-mozak implantiran u miševe može da se poveže sa krvnim sudovima koji snabdevaju kiseonikom i hranljivim materijama. Neuroni takođe počinju da sazrevaju i samoorganizuju se.
Na primer, 2019. godine naučnici su razvili pluripotentne matične ćelije u grudvicu veličine zrna graška od dva miliona organizovanih neurona koji su ispitivali svoju okolinu u potrazi za susedskim vezama.
Pluripotentne matične ćelije takođe čine osnovu organoida ljudskog mozga. Imaju potencijal da se diferenciraju u širok spektar tkiva i organa, ali samo ako su okupani u pravom koktelu molekula. Ali ta mešavina je neverovatno složena i zasnovana na vrlo specifičnom vremenu, koje naučnici još uvek rade.
Godine 2021, naslovi su se pojavili kada je organoid mozga počeo da razvija rudimentarne strukture oka, a ipak je izvodljivost postizanja funkcionalnog ‘vida’ u mozgu uzgojenom u laboratoriji još uvek daleko.
S druge strane, implantacija ljudskog moždanog tkiva izraslog iz matičnih ćelija u razvijeni vizuelni korteks mogao bi biti realniji cilj. Studije su to ranije postigle kod glodara, ali je teže utvrditi da li strani transplantat aktivno prima funkcionalni unos od ostatka mozga.
Konvencionalne metalne elektrode ne daju jasno vidno polje mozgu, što znači da naučnici moraju da uklone elektrode da bi pravilno videli senzorni korteks, a to može pokvariti uspeh presađivanja tkiva.
Prozirne elektrode pomažu u rešavanju tog problema. Koristeći fluorescentnu tehniku snimanja pod mikroskopom, istraživači sa UCSD su pokazali da impulsi svetlosti mogu stimulisati transplantirane ljudske organoide u mozgu miša.
„Mi predviđamo da će se, dalje na putu, ova kombinacija matičnih ćelija i tehnologija za snimanje neurona koristiti za modeliranje bolesti u fiziološkim uslovima; ispitivanje kandidata za tretmane na organoidima specifičnim za pacijenta; i procenu potencijala organoida da obnove određene izgubljene, degenerisane ili oštećene regioni mozga“, kaže Kuzum.
