Mózg w probówce 04.06.2015

O tym, co dzieje się wewnątrz mózgu, możemy dowiedzieć się za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) – pozwala ono zobaczyć aktywność w określonych partiach tkanki nerwowej i dość dokładnie porównać tę aktywność z wykonywaniem określonego zadania. Ale nie dowiemy się wszystkiego o mózgu, jeśli nie przenikniemy na poziom komórkowy, na poziom neuronów i kontaktów międzyneuronalnych – synaps, do poziomu pomocniczych komórek glejowych, które nie tylko odżywiają neurony, ale także przeszkadzają z przewodzeniem sygnału neurochemicznego. A należy pamiętać, że istnieje wiele odmian neuronowych. Na przykład, jeśli dokładnie zbadamy korę mózgową, znajdziemy w niej sześć warstw, różniących się między sobą stosunkiem neuronów różnych typów. Aby zrozumieć, w jaki sposób wyższe funkcje poznawcze są realizowane na poziomie molekularno-komórkowym (a konkretnie zaangażowana jest w nie kora), musimy zrozumieć strukturę i wzajemne relacje między warstwami i subtelnościami.

Coś oczywiście można badać w mózgach gryzoni i naczelnych. Ponadto interakcja neuronów jest często badana w kulturach komórkowych: komórki żyją w pożywce na dnie jakiegoś naczynia laboratoryjnego, a neuronaukowcy monitorują, na przykład, jak zmienia się siła ich synaps w odpowiedzi na określone bodźce. W rezultacie można wyciągnąć pewne wnioski na temat przyczyn schizofrenii, autyzmu i innych zaburzeń poznawczych – wszak w przypadku takich patologii naruszona zostaje architektura neuronowa, czyli wzajemne połączenie neuronów. Ale płaska warstwa kultury komórkowej nadal nie jest korą z jej sześcioma warstwami. Innym sposobem jest analiza próbek pobranych od osób zmarłych. Nie trzeba dodawać, że tutaj zawsze trzeba pamiętać o pośmiertnych zmianach w strukturze komórkowej, a w takich próbkach nie da się zbadać przewodzenia sygnału. Idealnie chcielibyśmy mieć w rękach trójwymiarowy model komórkowy, który całkowicie odtwarza jeden lub drugi element struktury mózgu, jeśli nie cały mózg. Eksperymenty badaczy ze Stanford University przybliżają nas do tego ideału.

Oczywiście nie obyło się bez komórek macierzystych – Sergiu Pasca (Sergiu Pasca) i jego koledzy otrzymali indukowane komórki macierzyste z ludzkiej skóry, a następnie zamienili je w neurony. Teraz jest to prawie standardowa procedura: zróżnicowane komórki są zmuszone „pamiętać o swojej młodości”, kiedy były komórkami macierzystymi i nie mogły nic zrobić poza podziałem. Ale można je przekształcić w dowolny inny typ komórek, wystarczy skierować je na właściwą ścieżkę za pomocą sygnałów molekularnych. Na początku wszystko szło jak zwykle: sztuczne komórki macierzyste rosły płasko w szalce hodowlanej. Ale potem zostały oddzielone od dna i przeszczepione do specjalnego nowego „miejsca zamieszkania”, gdzie nie mogły już mocno przyczepić się do ścian ani do dna. W ciągu kilku godzin komórki połączyły się w mikrobalony, w których dalej się dzieliły. I tutaj zaczęły zamieniać się w komórki tkanki nerwowej.

Po siedmiu tygodniach 80% komórek pod względem cech molekularnych i innych upodobniło się do komórek nerwowych. Co więcej, 7% zamieniło się nie w neurony, ale w astrocyty glejowe, które wspierają i odżywiają neurony, chronią je przed przenikaniem szkodliwych substancji z krwi, a także regulują aktywność neuronów. Do tej pory nie było możliwe wyhodowanie zarówno neuronów, jak i podtrzymujących je komórek z tego samego materiału macierzystego, trzeba było używać astrocytów firm trzecich uzyskanych z innej linii komórek macierzystych, co oznaczało, że genetycznie oba okazały się różne – podczas gdy w mózgu wszystkie komórki mają te same geny. Teraz najwyraźniej ta trudność zniknie.

Ale to, co najważniejsze, stało się jasne, gdy przeanalizowali budowę kompleksów komórkowych (nazywano je sferoidami korowymi) - okazuje się, że ich architektura była podobna do tej, która jest w korze mózgowej. Co więcej, 80% neuronów reagowało na bodziec zewnętrzny, a 86% wykazywało spontaniczną aktywność i tworzyło ze sobą łańcuchy neuronowe, przekazując sobie nawzajem sygnał. Innymi słowy, udało się uzyskać dość wiarygodny trójwymiarowy model kory mózgowej.