Μια συνεργατική ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο για τη σύνδεση εγκεφαλικών ιστών που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο, ενισχύοντας την κατανόηση της ανάπτυξης και των λειτουργιών του εγκεφάλου και ανοίγοντας το δρόμο για πιθανές εξελίξεις στη θεραπεία νευρολογικών παθήσεων.
Η ιδέα της καλλιέργειας ενός λειτουργικού ανθρώπινου εγκεφάλου που μοιάζει με ιστούς σε ένα πιάτο ακουγόταν πάντα αρκετά τραβηγμένη, ακόμη και για τους ερευνητές του τομέα. Προς την κατεύθυνση του μελλοντικού στόχου, μια ιαπωνική και γαλλική ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια τεχνική για τη σύνδεση ιστών που μιμούνται τον εγκέφαλο και αναπτύσσονται στο εργαστήριο με τρόπο που να μοιάζουν με τα κυκλώματα του εγκεφάλου μας.
Εξελίξεις στις νευρολογικές μελέτες
Η μελέτη των ακριβών μηχανισμών ανάπτυξης και λειτουργίας του εγκεφάλου αποτελεί πρόκληση. Οι μελέτες σε ζώα περιορίζονται από τις διαφορές μεταξύ των ειδών στη δομή και τη λειτουργία του εγκεφάλου και τα εγκεφαλικά κύτταρα που αναπτύσσονται στο εργαστήριο τείνουν να μην έχουν τις χαρακτηριστικές συνδέσεις των κυττάρων του ανθρώπινου εγκεφάλου. Επιπλέον, οι ερευνητές συνειδητοποιούν όλο και περισσότερο ότι αυτές οι διαπεριφερειακές συνδέσεις και τα κυκλώματα που δημιουργούν είναι σημαντικά για πολλές από τις λειτουργίες του εγκεφάλου που μας καθορίζουν ως ανθρώπους.
Προηγούμενες μελέτες έχουν προσπαθήσει να δημιουργήσουν εγκεφαλικά κυκλώματα υπό εργαστηριακές συνθήκες, οι οποίες έχουν προωθήσει τον τομέα. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο βρήκαν πρόσφατα έναν τρόπο να δημιουργήσουν πιο φυσιολογικές συνδέσεις μεταξύ των εργαστηριακά αναπτυγμένων “νευρικών οργανοειδών”, ενός πειραματικού ιστού-μοντέλου στον οποίο ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα αναπτύσσονται σε τρισδιάστατες αναπτυξιακές δομές που μιμούνται τον εγκέφαλο. Η ομάδα το έκανε αυτό συνδέοντας τα οργανοειδή μέσω αξονικών δεσμίδων, κάτι που είναι παρόμοιο με τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται οι περιοχές στον ζωντανό ανθρώπινο εγκέφαλο.
Ενισχυμένη κατανόηση μέσω της καινοτομίας
“Στα μονο-νευρικά οργανοειδή που αναπτύσσονται υπό εργαστηριακές συνθήκες, τα κύτταρα αρχίζουν να εμφανίζουν σχετικά απλή ηλεκτρική δραστηριότητα”, λέει ο συν-επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Tomoya Duenki. “Όταν συνδέσαμε δύο νευρικά οργανοειδή με αξονικές δέσμες, μπορέσαμε να δούμε πώς αυτές οι αμφίδρομες συνδέσεις συνέβαλαν στη δημιουργία και τον συγχρονισμό μοτίβων δραστηριότητας μεταξύ των οργανοειδών, παρουσιάζοντας κάποια ομοιότητα με τις συνδέσεις μεταξύ δύο περιοχών μέσα στον εγκέφαλο”.
Τα εγκεφαλικά οργανοειδή που συνδέθηκαν με αξονικές δέσμες έδειξαν πιο σύνθετη δραστηριότητα από τα μεμονωμένα οργανοειδή ή εκείνα που συνδέθηκαν με προηγούμενες τεχνικές. Επιπλέον, όταν η ερευνητική ομάδα διέγειρε τις αξονικές δέσμες χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή ως οπτογενετική, η δραστηριότητα των οργανοειδών μεταβλήθηκε ανάλογα και τα οργανοειδή επηρεάστηκαν από αυτές τις αλλαγές για κάποιο χρονικό διάστημα, σε μια διαδικασία γνωστή ως πλαστικότητα.
“Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι οι συνδέσεις των αξονικών δεσμίδων είναι σημαντικές για την ανάπτυξη πολύπλοκων δικτύων”, εξηγεί ο Yoshiho Ikeuchi, κύριος συγγραφέας της μελέτης. “Ειδικότερα, τα πολύπλοκα δίκτυα του εγκεφάλου είναι υπεύθυνα για πολλές βαθιές λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η προσοχή και το συναίσθημα”.
Δεδομένου ότι οι μεταβολές στα δίκτυα του εγκεφάλου έχουν συσχετιστεί με διάφορες νευρολογικές και ψυχιατρικές παθήσεις, η καλύτερη κατανόηση των δικτύων του εγκεφάλου είναι σημαντική. Η δυνατότητα μελέτης εργαστηριακών ανθρώπινων νευρωνικών κυκλωμάτων θα βελτιώσει τις γνώσεις μας για το πώς αυτά τα δίκτυα σχηματίζονται και μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου σε διάφορες καταστάσεις και μπορεί να οδηγήσει σε βελτιωμένες θεραπείες για αυτές τις παθήσεις.
