Male mrlje ljudskog moždanog tkiva koje su presađene pacovima upravo su prešle veliku prekretnicu na putu ka novom načinu lečenja ozbiljnih povreda mozga.
Kalemljeni ljudski mini-mozak nije se samo integrisao sa okolnim moždanim tkivom pacova – neuroni u organoidima su počeli da reaguju na vizuelne stimuluse: crno-bele slike i svetla sijali su u oči pacova.
I to se dogodilo u roku od tri meseca.
„Nismo očekivali da ćemo tako rano videti ovaj stepen funkcionalne integracije“, kaže lekar i neurohirurg H. Isak Čen sa Univerziteta u Pensilvaniji.
„Postoje i druge studije koje se bave transplantacijom pojedinačnih ćelija koje pokazuju da čak 9 ili 10 meseci nakon što transplantirate ljudske neurone u glodara, oni još uvek nisu potpuno zreli.“
Spajanje delova ljudskog mozga, u ovom slučaju poznatih kao kortikalni organoidi, u mozgove glodara postaje sve sofisticiranije. Prvo, to su bili pojedinačni neuroni; nedavno, naučnici su uspešno transplantirali ljudske kortikalne organoide u mozgove beba pacova i odraslih miševa koji su se spojili sa okolnim tkivom i pokazali znake funkcionalnosti.
Sada su Čen i njegov tim preduzeli sledeći korak: transplantaciju ljudskog moždanog tkiva u odrasle pacove sa velikim kortikalnim povredama, kako bi videli da li i oni mogu pokazati funkcionalnu integraciju.
„Fokusirali smo se ne samo na transplantaciju pojedinačnih ćelija, već i na transplantaciju tkiva“, kaže Čen.
„Moždani organoidi imaju arhitekturu; imaju strukturu koja liči na mozak. Bili smo u mogućnosti da pogledamo pojedinačne neurone unutar ove strukture da bismo stekli dublje razumevanje integracije transplantiranih organoida.“
Da bi uzgajali ljudski mini mozak, istraživači su koristili indukovane pluripotentne matične ćelije genetski modifikovane da eksprimiraju zeleni fluorescentni protein.
Indukovane pluripotentne matične ćelije se stvaraju od odraslih matičnih ćelija reverzno konstruisanih u nediferencirano stanje slično embrionu; odnosno mogu se razviti u mnogo različitih tipova ćelija. Zeleni fluorescentni protein daje organoidima sposobnost da fluoresciraju.
Ove matične ćelije su uzgajane u ljudske neurone tokom oko 80 dana, razvijajući se u male organoide. Kada su organoidi uzgojeni, istraživači su počeli da ih presađuju u mozak 10 odraslih muških pacova.
Istraživači su prvo napravili šupljinu u mozgu svakog pacova veličine organoida, prečnika oko 2 milimetra; ova šupljina je predstavljala ozbiljnu povredu mozga. Kada je šupljina stvorena, organoid je umetnut, pacovi su zašiveni i ostavljeni da zacele.
Da bi videli kako se organoid integriše u mozak nakon zarastanja, istraživači su pacovima ubrizgali u oči fluorescentno označene viruse koji su putovali duž njihovih sinapsi. Zatim su mogli da prate neuronske veze od mrežnjače pacova, sve do organoida presađenih u mozak.
Zatim, dok su pacovima pokazivani trepćuća svetla i slike koje se sastoje od naizmeničnih crnih i belih traka, istraživači su koristili elektrode za proučavanje aktivnosti unutar organoida. Oko 25 procenata ljudskih neurona je reagovalo na svetlosnu stimulaciju.
„Videli smo da je dobar broj neurona unutar organoida reagovao na specifične orijentacije svetlosti, što nam daje dokaz da su ovi organoidni neuroni bili u stanju ne samo da se integrišu sa vizuelnim sistemom, već su bili u stanju da usvoje vrlo specifične funkcije vizuelnog korteks“, kaže Čen.
Eksperiment je bio ograničen na tri meseca zbog ograničenja imunosupresije koja je potrebna da bi se sprečilo da tela pacova odbace ljudsko tkivo. Na kraju eksperimenta, pacovi su eutanazirani.
Zbog ovog kratkog vremena, moguće je da ljudski neuroni nisu bili potpuno zreli. Ovo bi moglo objasniti zašto odziv neurona nije bio veći, kažu istraživači.
Međutim, rezultati pokazuju obećanje za ovu liniju istraživanja i mogu se koristiti za dizajniranje i usavršavanje budućih eksperimenata. Tim preporučuje korišćenje genetski imunosupresivnih glodara za dugoročne studije.
„Neuronska tkiva imaju potencijal da obnove oblasti povređenog mozga“, kaže Čen.
„Nismo sve razradili, ali ovo je veoma solidan prvi korak. Sada želimo da razumemo kako se organoidi mogu koristiti u drugim oblastima korteksa, ne samo u vizuelnom korteksu, i želimo da razumemo pravila koja vodite kako se organoidni neuroni integrišu sa mozgom kako bismo mogli bolje da kontrolišemo taj proces i da ga ubrzamo.“
