Учени са създали генетично модифицирани мишки, в чиито мозъци може да се развива човешка мозъчна тъкан – пробив, който има потенциала да ускори изследванията на неврологични заболявания и нарушения в развитието.

Животните, в чиито мозъци е присадена човешка тъкан, показват различно поведение спрямо немодифицираните мишки. При недостиг на кислород например те започват да се движат по различен начин и по-трудно запазват равновесие, разказва Financial Times.

Този нов подход позволява на учените да наблюдават активността на човешки неврони в етапи, близки до развитието на плода, с детайл, който не може да бъде постигнат при изследвания върху живи хора или лабораторно отгледани мозъчни тъкани.

Възпроизвеждането и поддържането на процеси от развиващия се човешки мозък в друг жив организъм е дългогодишна цел в невронауката.

„Тези животински модели дават уникална възможност да изследваме как измененията в човешките мозъчни вериги, свързани със заболявания, се проявяват в цялостна нервна система“, коментира пред Financial Times Серджиу Пашка, професор в Станфордския университет и ръководител на изследването.

Според него технологията може да помогне на учените да разберат по-добре причините и механизмите зад нарушенията на неврологичното развитие, както и състоянията, които възникват по време на бременността, и да тестват възможни терапии.

Учени премахват жизненоважни връзки в мозъка, но дълготрайните спомени остават непокътнати

Как е създаден моделът?

Екипът на Пашка генетично модифицира и развъжда мишки, при които почти цялата мозъчна кора – външният слой на мозъка – липсва. Това осигурява пространство за растеж на присадената човешка мозъчна тъкан и за изграждане на връзки с мозъка и гръбначния мозък на животното, според изследване, публикувано в Nature.

Човешката тъкан е отгледана от стволови клетки, получени първоначално от кожни клетки. Тези стволови клетки могат да се диференцират в различни типове клетки в човешкото тяло. Изследователите наричат този модел „ксенокортикални мишки“.

За да оценят реакцията на човешката тъкан при увреждане, учените поставят животните за пет часа в среда с ниско съдържание на кислород. Този експеримент имитира условия, които при хората могат да причинят церебрална парализа, ако възникнат по време на бременност или около раждането.

Мишките с човешка мозъчна тъкан имат значително повече затруднения с походката и поддържането на равновесие. За сравнение, немодифицираните животни почти не показват подобен ефект. Според Пашка моделът може да бъде използван и за по-добро разбиране на състояния като шизофрения, епилепсия и тежки форми на аутизъм.

Основното предимство е, че учените вече могат да наблюдават как човешки неврони се развиват и функционират в жива нервна система, а не само в лабораторна среда.

Оскар Марин, професор по невронауки в King’s College London, определя изследването пред Financial Times като „технически скок“. Той отбелязва, че основното предимство е възможността човешките кортикални неврони да се наблюдават на молекулярно и електрическо ниво в среда, която е значително по-близка до реалния организъм, отколкото лабораторната култура.

Това позволява на учените да сравняват развитието им с човешка фетална тъкан и да записват активността на големи групи човешки неврони в будно животно. Системата може да се използва и за тестване на ефекта от лекарства или генна терапия върху поведението на човешките неврони. Въпреки това технологията не пресъздава напълно сложността на човешкия мозък.

Специалистите подчертават, че присадената тъкан е само част от мозъчната система, а изследваните връзки са между човешки и миши клетки, а не между човешки неврони.

Как животът в Космоса може да промени човешкия мозък и съзнание?

Седрик Барди, професор в университета Flinders в Австралия, посочва пред Financial Times, че хибридният модел решава някои от ограниченията на лабораторните мозъчни тъкани и стандартните животински модели, но създава и нови технически проблеми.

Един от тези проблеми е самият метод, при който още при създаването на модела се отстраняват жизненоважни части от мозъка на мишката. Барди определя това като крайна интервенция, която може значително да промени нервната система на животното и да затрудни прилагането на резултатите към човешки терапии. Изследването също така повдига въпроси за границите между човешката и животинската биология.

Пашка посочва, че методът е преминал строг етичен контрол както в Stanford, така и от външни експерти. Той поставя и обратния въпрос: доколко е етично да не се провеждат подобни изследвания, когато милиони хора по света страдат от тежки и все още нелечими неврологични заболявания.

Даниел Хам, директор на британския Nuffield Council on Bioethics, подчертава значителния потенциал на технологията за по-добро разбиране на развитието на нервната система и за лечение на заболявания.

Тя обаче отбелязва, че етичните рамки трябва да се развиват със същото темпо като научния напредък.

Според Хам в момента липсват координирани добри практики и ясни етични насоки в областта на човешките неврални органоиди – лабораторно отгледани мозъчни тъкани, които имитират структурата и функциите на човешкия мозък.

Новият модел показва колко бързо се размиват границите между лабораторните култури и живите организми в съвременната невронаука. Това създава нови възможности за лечение, но същевременно прави научния и етичния контрол още по-важен.