Egy új tanulmány szerint a tudósok miniatűr agyokat hoztak létre a laboratóriumban, amelyek bonyolult hálózatokat hoztak létre, és hasonló agyhullámokat generáltak, mint a koraszülött csecsemő fejlődő agya.
A miniatűr agyok laboratóriumi növekedésének gondolata nem új; a kutatók közel tíz évig ezt tették. De a legtöbb tanulmány ezeket a mini agyokat vagy "organoidokat" alkalmazta a nagy léptékű szerkezet tanulmányozására.
Például egy csoport kifejlesztett mini agyat, amely képes erek növekedésére - jelentette a Live Science korábban. Egy másik csoport mini agyakat tette ki a Zika vírusnak, hogy megértse, hogy ez miként okozhat rendellenesen kicsi fejet vagy mikrocefáliát.
De olyan körülmények között, mint például az autizmus, a skizofrénia, a bipoláris zavar és akár a depresszió is, "az agy ép és a probléma a hálózat működésén alapszik" - mondta Alysson Muotri, a vizsgálat vezető szerzője, a Sejt- és Molekuláris Orvostudományi Tanszék egyetemi docensének és egyetemi docensének. a San Diego-i Kaliforniai Egyetem őssejtprogramjának igazgatója. Ez az első alkalom, amikor a laboratóriumban nőtt agyok bonyolult neuronhálózatokat hoztak létre, amelyek erős agyhullámokat generáltak.
Ehhez Muotri és csapata begyűjtötte az emberi bőrből és vérből származó emberi őssejteket - amelyek bármilyen sejttípusba átvihetik a megfelelő utasításokat. A kutatók ezeket az őssejteket kémiai utasításoknak tessék ki, amelyek a sejteket agysejtekké változtatják.
Ezek a sejtek nagyrészt neurális progenitor sejteket, agy-specifikus sejteket képeztek, amelyek szaporodhatnak és sokféle agysejt kialakulásához vezethetnek. Két-öt hónapos laboratóriumi edényben tartva ezek a progenitoris sejtek glutamáterg neuronokat, "gerjesztő" agysejteket vagy információt terjesztőket alkotnak.
Körülbelül négy hónap elteltével a mini agyok abbahagyták az izgató neuronok képződését, és asztrocitákat készítettek. Ezek az agysejtek segítenek kialakítani a szinapszisokat, az agysejtek közötti réseket, ahol a neurotranszmitterek vagy agyi vegyi anyagok átadják az információkat. Végül a progenitoris sejtek gátló neuronokat készítettek, amelyek megfékezik az agyi aktivitást, vagy megakadályozzák az idegsejtek információátadását. Ekkor "a tevékenység bonyolultabbá válik, mert most kiegyensúlyozjuk a gerjesztést és a gátlást" - mondta Muotri.
Miközben a sejtek osztódtak és differenciálódtak, végül elkezdtek "önszerveződni olyanvá, amely hasonlít az emberi kéregre" - mondta Muotri. A kéreg az agy külső rétege, amely fontos szerepet játszik a tudatban.
A "mini agy" valójában nem úgy néz ki, mint az emberi agy miniatűr változata. Inkább fehér, gömb alakú foltok, amelyek a vöröses levesben lebegnek, amelyben felnőtték - mondta Muotri. Csak 0,2 hüvelyk (0,5 centiméter) átmérőjű nőttek fel, de ideghálózataik kilenc és tíz hónapig tovább fejlődtek, mielőtt megálltak volna.
A mini agy növekedése során a csapat apró elektródákat használt, amelyek neuronokkal kapcsolódnak az agyi aktivitás mérésére. A kutatók megállapították, hogy körülbelül két hónapon belül a mini agyban lévő idegsejtek szórványos jeleket tüzelnek fel, mindegyik azonos frekvencián. Még néhány további fejlesztési hónap után az agy különböző frekvenciákon és rendszeresebben jeleket küldött, jelezve a bonyolultabb agyi tevékenységet - mondta Muotri.
Míg a korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a mini, laboratóriumi úton előállított agyok az agysejtek tüzelését eredményezhetik, a kutatók számukra mintegy 3000-szer percenkénti lövöldözésről számoltak be - mondta Muotri. Ebben a tanulmányban azonban az idegsejtek percenként közel 300 000-szer lőttek, ami "közelebb van az emberi agyhoz".
A csoport ezután gépi tanulási algoritmust használt ezeknek a mini agyaknak a koraszülött csecsemőkkel való összehasonlításához. A kutatók kiképezték a programjukat, hogy megtanulják az agyhullámokat, melyeket 39, 6 és 9 és fél hónapos koraszülötten rögzítettek.
A tudósok ezután a mini agyból származó agyhullám-mintákat táplálták az algoritmusba, és megállapították, hogy 25 hetes mini-agyi fejlődés után már nem képes megkülönböztetni az emberi agyból származó adatokat a laboratóriumban nőtt agytól. "Összezavarodik, és mindkettőnek azonos korúvá válik", ami arra utal, hogy a mini agy és az emberi agy hasonlóan növekedtek és fejlődtek, mondta Muotri.
Ez a tanulmány azt mutatja, hogy "nagyon szépen elkészítheti ezt a reprodukálható kísérleti rendszert, ahol olyan folyamatokkal foglalkozhat, amelyek annyira alapvetőek az ember fejlődésében" - mondta Dr. Thomas Hartung, a Johns Hopkins Állatkísérleti Alternatívák Központjának igazgatója. aki szintén a mini agy fejlesztésén dolgozott a laboratóriumban, de aki nem volt része a tanulmánynak.
"Az embrionális agy elérhetetlensége az egyik oka annak, hogy ezek a modellek valami mást kínálnak" - mondta. "De ez azt is jelenti, hogy nagyon korlátozott lehetősége van arra, hogy elmondja az igazi dolgot." Noha az EEG jelek hasonlóak az idő előtt született csecsemőkhez, időbeli eltérésük kissé elmaradt - tette hozzá.
Míg az emberi embrió az anyához kapcsolódik, és így jeleket fogad kívülről, ezek a laboratóriumi szempontból megnövekedett agyak semmivel sem kapcsolódnak. "Ezeknek a celláknak nincs bemenete vagy nincs kimenete. Nem tudják felismerni semmit, ami a világon történik" - mondta Hartung. Tehát "határozottan nem" tudatosak.
A legtöbb tudós egyetértett abban, de "nehéz megmondani" - mondta Muotri. "Mi, idegtudósok, még abban sem értünk egyet, hogy milyen méréseket végezhetünk annak érdekében, hogy valóban vizsgáljuk meg, hogy tudatában vannak-e vagy sem."
Az emberi agy jelzéseit továbbítja, hogy segítsen bennünket a környezetünkkel való interakcióban. Például egy hibát vizsgálunk meg, a szem jeleket küld az agysejteknek, amelyek egymásnak jelzik, és tudatja velünk, hogy hibát látunk.
Szóval, miért küldnek jeleket ezeknek a laborban megnövekedett agyak? Miről beszélhetnek? "Ez egy olyan kérdés, amelyet nem tudunk, mert az embrionális agy valójában fekete doboz" - mondta Muotri. Úgy tűnik, hogy a jelek túlnyomó része ebben a korai szakaszban az „önvezeték” -hez, vagy az egymáshoz történő csatlakozáshoz szól, mondta.
Mindenesetre azt mondta, hogy reméli, hogy az ilyen tanulmányok segítenek bennünket megérteni, hogy az agy korai huzalozása miért okozza komplex agyunkat, és mi történik, ha ez a huzalozás elromlik.
Muotri és csapata azt mondta, hogy most remélik, hogy tovább stimulálják az agy organoidjait, hogy kiderüljenek-e, hogy kilenc és tíz hónap alatt tovább fejlődhetnek-e. A kutatók az agyi rendellenességeket is modellezni szeretnék, például agyi organoidok létrehozásával autista gyermekektől vett sejtekkel, hogy megértsék az agyi hálózat fejlődését.
Az eredményeket ma (augusztus 29.) közzétették a Cell Stem Cell folyóiratban.
