Ένα Βήμα Πιο Κοντά στη Δημιουργία Εγκεφάλου σε Εργαστηριακό Πιάτο
Τα συσσωματώματα κυττάρων γνωστά ως οργανοειδή μας βοηθούν να κατανοήσουμε τον εγκέφαλο, και η πιο πρόσφατη εκδοχή διαθέτει ρεαλιστικά αιμοφόρα αγγεία για να βοηθήσουν τα οργανοειδή να ζήσουν περισσότερο.
Μια μικροσκοπική έκδοση του αναπτυσσόμενου εγκεφαλικού φλοιού – μιας περιοχής του εγκεφάλου που εμπλέκεται στη σκέψη, τη μνήμη και την επίλυση προβλημάτων – έχει αναπτυχθεί σε εργαστηριακό πιάτο, με ένα σύστημα αιμοφόρων αγγείων που μοιάζει πολύ με το πραγματικό. Αυτό το συσσωμάτωμα κυττάρων είναι ένα από τα πιο λεπτομερή εγκεφαλικά οργανοειδή που έχουν δημιουργηθεί μέχρι σήμερα και θα εμβαθύνει την κατανόησή μας για τον εγκέφαλο.
Τα εγκεφαλικά οργανοειδή, που μερικές φορές ονομάζονται “μίνι-εγκέφαλοι”, καλλιεργούνται συνήθως σε εργαστηριακά πιάτα βυθίζοντας βλαστοκύτταρα σε ένα μείγμα χημικών στοιχείων, τα οποία τα ωθούν να σχηματίσουν σφαιρίδια κυττάρων. Από τότε που δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά το 2013, αυτές οι εγκεφαλικές δομές – που μοιάζουν με εγκεφάλους εμβρύων ή νεογέννητων – έχουν προσφέρει νέες γνώσεις για παθήσεις όπως ο αυτισμός, η σχιζοφρένεια και η άνοια.
Όμως, τα οργανοειδή έχουν ένα μεγάλο ελάττωμα: συνήθως αρχίζουν να πεθαίνουν μετά από λίγους μήνες. Αυτό συμβαίνει επειδή, ενώ οι εγκέφαλοι πλήρους μεγέθους είναι εξοπλισμένοι με ένα δίκτυο αιμοφόρων αγγείων για τη μεταφορά οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών, τα εγκεφαλικά οργανοειδή μπορούν να τα απορροφήσουν μόνο από το πιάτο στο οποίο καλλιεργούνται, λιμοκτονώντας τα εσωτερικά κύτταρα. Αυτό περιορίζει το μέγεθος και την πολυπλοκότητά τους, καθώς και το πόσο καλά μοιάζουν με τον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο. “Είναι ένα πολύ μεγάλο πρόβλημα”, λέει η Lois Kistemaker στο University Medical Centre Utrecht Brain Centre στην Ολλανδία.
Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, ο Ethan Winkler στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, και οι συνεργάτες του καλλιέργησαν ανθρώπινα βλαστοκύτταρα σε εργαστηριακά πιάτα για δύο μήνες για να παράγουν αυτό που αποκαλούν “φλοιικά οργανοειδή”, επειδή μιμούνται τον αναπτυσσόμενο εγκεφαλικό φλοιό. Ξεχωριστά, καλλιέργησαν οργανοειδή που αποτελούνται από κύτταρα αιμοφόρων αγγείων και τοποθέτησαν δύο από αυτά στις αντίθετες άκρες κάθε φλοιικού οργανοειδούς. Λίγες εβδομάδες αργότερα, τα αιμοφόρα αγγεία είχαν εξαπλωθεί ομοιόμορφα σε όλο τον μινιατούρα εγκέφαλο.
Το πιο σημαντικό είναι ότι, απεικονίζοντας τα οργανοειδή, οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι τα αιμοφόρα αγγεία είχαν ένα κοίλο κέντρο, ή αυλό, πολύ παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται στον εγκέφαλο. “Η επίδειξη αγγειακών δικτύων με αυλούς όπως θα βρείτε σε πραγματικά αιμοφόρα αγγεία είναι εντυπωσιακή”, λέει η Madeline Lancaster στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, η οποία ανέπτυξε πρώτη τα εγκεφαλικά οργανοειδή. “Είναι ένα σημαντικό βήμα.”
Προηγούμενες προσπάθειες εισαγωγής αιμοφόρων αγγείων σε εγκεφαλικά οργανοειδή απέτυχαν να αναπαράγουν αυτή τη σημαντική λεπτομέρεια και συνήθως είδαν τα αγγεία να εξαπλώνονται ανομοιόμορφα σε όλο το οργανοειδές. Επιπλέον, σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες, τα αγγεία σε αυτό το νέο πείραμα φάνηκαν να μοιάζουν περισσότερο με τις φυσικές ιδιότητες και τη γενετική δραστηριότητα αυτών που βρίσκονται σε πραγματικούς αναπτυσσόμενους εγκεφάλους, σχηματίζοντας έναν βελτιωμένο “αιματοεγκεφαλικό φραγμό” – το όριο που συνήθως προστατεύει τον εγκέφαλο από εισβολή παθογόνων μικροοργανισμών, ενώ επιτρέπει τη διέλευση θρεπτικών συστατικών και αποβλήτων, λέει η Kistemaker.
Συνολικά, τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τα αγγεία έχουν περισσότερες πιθανότητες να μεταφέρουν θρεπτικό υγρό για να διατηρήσουν τα οργανοειδή ζωντανά, λέει η Lancaster. “Για να έχουν πραγματικά λειτουργικά [αιμοφόρα αγγεία], θα χρειάζονταν έναν τρόπο να αντλούν συνεχώς αίμα, όπως κάνει η καρδιά, και θα έπρεπε να είναι κατευθυνόμενο, έτσι ώστε να εισέρχεται φρέσκο οξυγονωμένο αίμα – ή ένα υποκατάστατο αίματος – ενώ αφαιρείται το αποξυγονωμένο αίμα”, λέει η Lancaster. “Είμαστε ακόμη πολύ μακριά από αυτό”, λέει.