Z komórek skóry stworzyli mózg. Badają ból i autyzm

Miniaturowy mózg ludzki z laboratorium

W 1891 roku hiszpański neurolog Santiago Ramón y Cajal opublikował mało znaną pracę, która na zawsze zmieniła nasze myślenie o mózgu. Udowodnił, że to nie jednolita sieć, lecz złożony zbiór pojedynczych komórek – neuronów. Na swoich rysunkach zaznaczył nawet strzałkami, w jakim kierunku płyną sygnały nerwowe. Tak zaczęła się epoka neuronauki, która dziś gdy miniaturowy mózg ludzki zbudowany z komórek działa w laboratorium wkracza w zupełnie nowy rozdział.

Zespół naukowców kierowany przez dr. Sergio Pascę z Uniwersytetu Stanforda stworzył coś, co jeszcze niedawno brzmiało jak science fiction. To miniaturowy układ nerwowy z ludzkich komórek, który przekazuje sygnały bólowe, niemal jak miniaturowy mózg ludzki.

To, co udało się sformować w laboratorium, wygląda niepozornie – przypomina niewielką, dwucentymetrową kiełbaskę. W jej wnętrzu kryją się jednak aż cztery miliony ludzkich komórek nerwowych, które wspólnie tworzą złożoną strukturę zdolną do odbierania i przekazywania sygnałów bólowych, działając jak miniaturowy mózg ludzki.

Badacze nazwali te struktury „asembloidami”. To złożone zbiory komórek przypominające miniaturowe mózgi. Można je łączyć, modyfikować i obserwować w kontrolowanych warunkach. Pierwsze asembloidy Pasca stworzył już niemal dekadę temu. W 2015 roku użył komórek skóry, cofnął je do stadium embrionalnego i pobudził do przekształcenia się w neurony. Dwa lata później połączył komórki z różnych części mózgu, które ku jego zaskoczeniu same stworzyły połączenia. Potem dołożył komórki mięśniowe i rdzeniowe, tworząc miniaturowy mózg ludzki.

Polecamy: Miniaturowy robot lata jak owad. Nie potrzebuje baterii ani śmigieł

Jak stworzyć ból z komórek?

Teraz naukowcy poszli jeszcze dalej. Zmodyfikowali komórki skóry, by utworzyły neurony odpowiadające za odbiór i przetwarzanie bólu. Połączyli ze sobą cztery skupiska odpowiadające zwojom rdzeniowym, rdzeniowi kręgowemu, wzgórzu i korze czuciowej. W efekcie powstał obwód, który przypomina ten naturalny, w którym sygnał przechodzi od skóry do mózgu. Można powiedzieć, że udało im się stworzyć miniaturowy mózg ludzki do badania bólu.

„Przewlekły ból jest wyniszczającym zaburzeniem, które dotyka niemal jedną czwartą populacji. Do tej pory badaliśmy tylko jego fragmenty. Teraz możemy obserwować cały szlak, od początku do końca, w ludzkich komórkach, bez ingerencji w organizm pacjenta” – tłumaczy Pasca w rozmowie z El País.

Aby sprawdzić, jak funkcjonuje ich miniaturowy układ nerwowy, naukowcy sięgnęli po kapsaicynę – związek, który sprawia, że papryczki chili są ostre. Po jej podaniu miniaturowy mózg ludzki zareagował. Komórki przesłały sygnał bólowy dokładnie tak, jak robi to nasze ciało w zetknięciu z czymś piekącym czy bolesnym.

Miniaturowy mózg ludzki to nadzieja dla badań nad autyzmem

Choć asembloidy nie mają świadomości ani nie odczuwają bólu, ich zachowanie może pomóc zrozumieć nie tylko mechanizmy bólu, ale i zaburzenia neurorozwojowe. Te miniaturowe mózgi są kluczowe dla badań.

„Wiele osób z autyzmem ma nadwrażliwość na dotyk, dźwięki czy światło. To wyraźny sygnał, że ich układ nerwowy działa inaczej” – mówi Pasca.

Dlatego badania nad miniaturowym mózgiem ludzkim są tak ważne. Dzięki asembloidom badacze mogą wprowadzać konkretne mutacje genetyczne i obserwować, jak wpływają one na rozwój układów nerwowych od samego początku.

To może być przełom w zrozumieniu, dlaczego autyzm wiąże się nie tylko ze specyficznymi zachowaniami, ale też z problemami w przetwarzaniu bodźców. Nie brakuje jednak głosów sceptycznych na temat eksperymentu. Dr Félix Viana z Instytutu Nauk Neurologicznych w Hiszpanii uważa, że choć badania są imponujące technicznie, to mają swoje ograniczenia.

„To jak cztery klocki Lego połączone w jeden system. Przekazują sygnał, ale nie zapominajmy, że prawdziwy ból to coś więcej. To subiektywne odczucie” – mówił Viana w rozmowie z dziennikiem El Pais. 

Zwraca też uwagę, że struktury rozwijały się zaledwie przez sześć miesięcy, a to zbyt krótko, by odzwierciedlać mózg dorosłego człowieka. Jego zdaniem asembloidy mogą być pomocne w badaniu leków, ale w krótkiej perspektywie nie należy oczekiwać spektakularnych przełomów.

Szukasz interesujących treści? Sięgnij po kwartalnik Holistic News!

Kolejny krok: emocje i zachowanie

Mimo wątpliwości Pasca i jego zespół działają dalej. Ostatnio udało im się odtworzyć jeszcze bardziej złożony układ – korowo-prążkowiowo-wzgórzowo-korowy, który odpowiada za emocje, myślenie i ruchy.

Tym razem stworzyli cztery połączone sfery z zapętlonymi połączeniami. To już nie tylko „przesyłanie sygnału”, ale przypominająca rzeczywistość sieć komunikacyjna mózgu. Miniaturowy mózg ludzki daje nowe możliwości badawcze. Struktura ta posłużyła m.in. do badań nad mutacją genu ASH1L, która jest związana z autyzmem i zespołem Tourette’a.

Miniaturowe mózgi z probówki nie czują tak jak my, ale reagują. Odtwarzają ból, przetwarzają bodźce. Jednym słowem pokazują nam, jak działa ludzki układ nerwowy. Ich twórcy wierzą, że w przyszłości pomogą w testowaniu leków i zrozumieniu takich zaburzeń jak autyzm czy przewlekły ból. To początek drogi, ale bardzo obiecujący.

Polecamy: Mięso hodowane w laboratoriach rozwiąże problem niedoboru żywności w Indiach?