Zdjęcia Fotosearch / Getty Images
Nowa technologia pozwala zastąpić u zarodka ssaka jego własny mózg nowym organem, uprawianych z komórek macierzystych innej istoty. Metoda otwiera duże możliwości dla badań układu nerwowego.
Naukowcy z Uniwersytetu w Kalifornii (San Francisco) i instytutu Medycznego Howarda Hughesa (Harvard, Massachusetts) zaproponowali sposób, aby rozwijać mózg ssaka z komórek macierzystych.
Na początek, podobno, należy wyjaśnić, do czego to mogło by się im przydać. Pomysł wyhodować sobie nowy mózg, jeśli stary z jakiegoś powodu nie pasuje do ciebie (lub pracodawcy), może wydawać się atrakcyjna tylko na pierwszy rzut oka. Jednak w rzeczywistości ta praca naukowa otwiera nowe perspektywy głównie dla naukowców, którzy badają rozwój mózgu i funkcji różnych genów w tym procesie.
Tradycyjne podejście genetyków do badania funkcji każdego genu — spróbować zmienić, lub nawet zniszczyć, ten gen, i zobacz, co się zmieni w życiu organizmu lub w funkcjonowaniu jakiegoś jego organu. Oczywiście, takie eksperymenty przeprowadzane na ludziach, a na laboratoryjnych, modelowych organizmach — na przykład, myszach. Zazwyczaj nauka genów ssaków, w tym człowieka, zaczyna się od usuwania linii myszy, u której podobny gen zmieniony. Jak uzyskać taką linię?
Ssaki — wielokomórkowe organizmy, pochodząca z jedynego komórki, i uzyskanie genetycznie zmodyfikowanego organizmu logiczne byłoby zacząć właśnie z tej komórki. Jednak genetycznych manipulacji z zapłodnionych jaj ssaków dość затруднительны. Dlatego w praktyce badacze najczęściej idą inną drogą: wymagane genetyczne zmiany w zarodkowe komórki macierzyste, rosnące w kulturze. Następnie komórki te są wprowadzane w tempie mysia zarodka w stadium blastocysty — wydrążonej kuli z komórek (płód człowieka przechodzi tę fazę na 5—6 dni po zapłodnieniu, jeszcze do mocowania do ściany macicy). Komórki macierzyste stają się częścią płodu, w wyniku czego powstaje “химерный” organizm: część jego komórek — potomkowie genetycznie zmodyfikowanej linii, wprowadzonego w бластоцисту, a pozostałe prowadzą swoją historię od zapłodnionej komórki jajowej.
Następnie, aby uzyskać organizm, w całości składający się z komórek odpowiedniego genotypu, myszy krzyżują się między sobą, w celu uzyskania czystej linii. Ta metoda jest bardzo pracochłonna. Aby ułatwić procedurę, dr Fryderyk Alt (jeden z współautorów pracy, o której tu mowa) jeszcze ćwierć wieku temu zaproponował eleganckie rozwiązanie. Jeśli komórki zarodka, z których potem rozwinie się ten lub inny organ, zostaną zniszczone, ich miejsce może być w pełni zajęte wprowadzonymi komórkami macierzystymi, genetycznie zmodyfikowanych dla celów badania. W ten sposób, wszystkie komórki tego organu (a nie tylko ich część) mogą być wymagane cechy genetyczne, i w skrupulatnym etapie — kilka rund skrzyżowanie myszy — nie będzie to konieczne.
Wtedy, w 1993 roku, Fryderyk Alt wykazał taką możliwość na komórkach układu odpornościowego. W przyszłości podejście to zostało wykorzystane do regeneracji genetycznie zmodyfikowanego soczewki oka, nerki, serca i trzustki. Wreszcie, 25 lat później, przyszedł do mózgu. To doświadczenie został umieszczony w tym samym Fredrika Альтом przy udziale jego kalifornijskiego koledzy Бьорна Швера, a także ich pracowników.
Naukowcy wprowadzili linię myszy, u której komórki płodu — ci, którym dane było dać początek przedniego mózgu — na wczesnym etapie rozwoju ginęli. Ich zabiłem дифтерийный toksyny, vrabatawatisa w zespole specjalnie wprowadzony w myszy genu. Po śmierci tych komórek tempie mysia płód został skazany pojawić się na światło bez przedniej mózgu (kory mózgowej, hipokampa i innych ważnych części). Ale taki los czekał go tylko wtedy, gdy naukowcy wcześniej nie podawano w бластоцисту komórki macierzyste. Uderzając w płód, te komórki chętnie brali na siebie funkcję w swoich poległych kolegów i rozwijały się w normalny mózg. Jeśli naukowcy genetycznie zmodyfikowane te komórki macierzyste, aby nieśli pewną mutację — wtedy wszystkie komórki mózgu myszy również dziedziczyli tę mutację.
U otrzymanych w ten sposób myszy był zupełnie normalny mysia mózg. Ponadto, we wszystkich testach behawioralnych zachowywali się dokładnie tak samo, jak ich rodacy, którego mózg rozwijał się w zwykły sposób. Przy tym wszystkie komórki mózgu tych myszy nieśli te genetyczne markery, które badacze chcieli tam wstawić. Na przykład, naukowcy wprowadzili do mysia mózg zmutowany gen даблкортина — białka, zarządcy, w szczególności migracji neuronów w rozwoju mózgu. U ludzi taka mutacja powoduje poważne nieprawidłowości rozwoju. U myszy, którego mózg był uprawiany ze zmodyfikowanych komórek macierzystych, były odpowiednie nieprawidłowości rozwoju hipokampa.
W ten sposób proponowana metoda może być stosowana do modelowania chorób dziedzicznych człowieka. Możliwe jest, oczywiście, bardziej prosty podejście: mysia mózg może zostać bezpośrednio zastąpiony komórkami macierzystymi człowieka, aby uzyskać межвидовую “chimerę”: mysz z mózgiem, uprawianych z ludzkich komórek. Należy zauważyć, że obecnie podobne eksperymenty — uzyskanie chimeric organizmów z wykorzystaniem tkanek człowieka — są uważane za etycznie kontrowersyjne, a już na pewno poważne zastrzeżenia musi powodować pomysł, aby użyć jako składnika ludzkiego właśnie komórki przedniego mózgu. Ponadto, na drodze badacze oczekują i czysto techniczne trudności.
Jednak, zdaniem ekspertów, ta praca naukowa daje w ręce takich neurobiologów potężne narzędzie do badania rozwoju i ewolucji mózgu ssaków. Ponadto, metoda rozszerza możliwości nauki mechanizmów zaburzeń neuropsychologicznych i neurofizjologii człowieka.