Τα ποντίκια με ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα προσφέρουν ένα εργαλείο για τη μελέτη της ασθένειας. Οι ηθικολόγοι ρωτούν: Τι ακολουθεί;

Οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο εγκατάστασης εκατομμυρίων ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων σε ποντίκια, ως τρόπο δημιουργίας καλύτερων επιστημονικών μοντέλων για τη μελέτη νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Χρησιμοποιώντας γενετικά εργαλεία, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ποντίκια στα οποία έλειπε το μεγαλύτερο μέρος του εγκεφαλικού φλοιού τους – το πιο εξωτερικό στρώμα του εγκεφάλου που εμπλέκεται με τη λογική, τη μνήμη και τη συνείδηση. Στη συνέχεια, αντικατέστησαν ένα μεγάλο μέρος από αυτά τα κύτταρα ποντικιού που έλειπαν με ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο, δημιουργώντας ποντίκια με ανθρώπινους νευρώνες που μπορούν να τροποποιηθούν σε συνθήκες έρευνας.

«Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, υπάρχει μια προσπάθεια να δημιουργηθούν μοντέλα του ανθρώπινου εγκεφάλου έξω από το ανθρώπινο σώμα», λέει. Sergiu PaÈ™caκαθηγητής ψυχιατρικής και συμπεριφορικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και ανώτερος συγγραφέας στην εργασία, που δημοσιεύτηκε στο το περιοδικό Φύση. «Αυτό δεν πρόκειται να αντικαταστήσει όλα τα μοντέλα που είχαμε πριν, αλλά θα μας παράσχει πρόσβαση σε άλλες πτυχές της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου που θα ήταν πολύ δύσκολο να μελετήσουμε διαφορετικά».

Η PaÈ™ca λέει ότι αυτή η έρευνα διεξήχθη με ισχυρή ηθική εποπτεία και ωθεί την έρευνα προς τα εμπρός. Ταυτόχρονα, εξωτερικοί ερευνητές επισημαίνουν ότι η εξέλιξη εγείρει σημαντικά ερωτήματα για το πού θα μπορούσε να οδηγήσει.

“Είναι πραγματικά μια ισχυρή τεχνολογία για τη μελέτη των ανθρώπινων νευρώνων και του τρόπου με τον οποίο τα κυκλώματα του ανθρώπινου εγκεφάλου μπορούν να σχηματιστούν σε ένα πιο φυσικό περιβάλλον” από ένα πιάτο Petri, λέει Χονγκούι Ζενγκεκτελεστικός αντιπρόεδρος και διευθυντής της επιστήμης του εγκεφάλου στο Ινστιτούτο Άλεν στο Σιάτλ της Ουάσιγκτον, ο οποίος δεν είχε σχέση με τη μελέτη.

Αλλά “στο μέλλον, θα υπάρξουν ορισμένες σκέψεις, αν όχι ανησυχίες”, πρόσθεσε – όπως οι επιπτώσεις της ανάπτυξης αυτής της τεχνικής σε μεγαλύτερα και μακροβιότερα ζώα.

Δημιουργία χώρου για ανθρώπινους νευρώνες

Αν και δεν είναι η πρώτη φορά που εγκαθίστανται ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα σε ποντίκια, αυτή η νέα προσπάθεια καταφέρνει να συνδέσει σημαντικά περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα από πριν.

Οι προηγούμενες προσπάθειες περιορίστηκαν από μια διαρκή βιολογική πραγματικότητα: τα ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα αναπτύσσονται τουλάχιστον 20 φορές πιο αργά από αυτά των ποντικών, λέει ο PaÈ™ca.

Αυτό σήμαινε ότι οι νευρώνες σε ένα τακτικά αναπτυσσόμενο ποντίκι σχημάτισαν ένα ταχύ δίκτυο, υπερβαίνοντας τα ανθρώπινα κύτταρα που είχαν πέσει μέσα.

Η ομάδα το έλυσε αυτό εκτρέφοντας γενετικά τροποποιημένα ποντίκια στα οποία έλειπαν συγκεκριμένα μέρη του εγκεφάλου τους. «Σκεφτήκαμε ότι θα μπορούσαμε να παρέχουμε στα ανθρώπινα κύτταρα περισσότερες ευκαιρίες για σύνδεση αφαιρώντας μέρη του νευρικού συστήματος του ποντικιού με πολύ ακριβή, πολύ καθαρό τρόπο», λέει.

Προς έκπληξή τους, τα ποντίκια που εκτράφηκαν ήταν ακόμα αρκετά λειτουργικά: «Στην πραγματικότητα έχουν πολύ καλή κίνηση», λέει η PaÈ™ca, «Δεν τα καταφέρνουν τόσο καλά στις εργασίες μνήμης.[but] δεν θα μπορούσες να καταλάβεις όταν κοιτάς αυτά τα ζώα ότι τους λείπει ο μισός όγκος του εγκεφάλου τους».

Αυτό το μέρος του πειράματος δείχνει την αξιοσημείωτη προσαρμοστικότητα του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου, λέει ο Keng του Ινστιτούτου Allen. Τα ζώα που τους λείπει ο εγκεφαλικός φλοιός τους –ο οποίος διέπει τη λειτουργία του εγκεφάλου ανώτερης τάξης– δεν αναμένεται να τα καταφέρουν καλά σε δύσκολες εργασίες. Αυτά τα ποντίκια, ωστόσο, ανέπτυξαν εναλλακτικές στρατηγικές χρησιμοποιώντας τα υπόλοιπα μέρη του εγκεφάλου. «Περίεργα, το ζώο μπορεί να προσαρμοστεί», λέει, «είναι απίστευτο να το βλέπεις αυτό».

Ένας πιο ανθρώπινος εργαστηριακός εγκέφαλος ποντικιού

Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα πρόσθεσε μικρές συστάδες ανθρώπινων νευρώνων στους εξαντλημένους εγκεφάλους του ποντικιού.

«Τα τοποθετούμε απαλά, μέσω μιας πολύ γρήγορης, απλής διαδικασίας, ακριβώς σε αυτόν τον κενό χώρο στο νευρικό σύστημα του ποντικιού», λέει η PaÈ™ca. “Μέσα σε λίγες ημέρες, το κύτταρο αρχίζει να διαιρείται και να επεκτείνεται. Μέσα σε λίγες εβδομάδες έως μήνες, ουσιαστικά θα αναπτυχθούν, θα αγγειωθούν και θα καταλάβουν σε μεγάλο βαθμό τον χώρο που υπήρχε.”

Τα ποντίκια με γεμάτο εγκεφάλους ήταν καλύτερα στις εργασίες μνήμης και στην αλληλεπίδραση με άλλα ποντίκια. «Πολλά από τα ελλείμματα που υπήρχαν στο [depleted] Τα ποντίκια δεν υπάρχουν τώρα σε αυτό το ζώο», λέει, «Έτσι φαίνεται ότι τα ανθρώπινα φλοιώδη κύτταρα ίσως συμβάλλουν στην αποκατάσταση ορισμένων από αυτές τις χαμένες λειτουργίες».

Ωστόσο, υπήρχαν κάποιες βασικές διαφορές μεταξύ των ποντικών με ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα και των κανονικών, αναλλοίωτων ποντικών, οι οποίες προοιωνίζονται καλά για έρευνα σε παθήσεις του ανθρώπινου εγκεφάλου, λέει ο PaÈ™ca.

Για παράδειγμα, ποντίκια με ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα αντιμετώπισαν προβλήματα στο να περπατήσουν σωστά αφού ο εγκέφαλός τους στερήθηκε οξυγόνου. Αυτό δεν ισχύει για τα κανονικά ποντίκια, τα οποία είναι ανθεκτικά σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου. Αυτή η πιο ανθρώπινη αντίδραση υποδηλώνει ότι τα τροποποιημένα ποντίκια μπορεί να είναι καλύτερα μοντέλα για εγκεφαλικές παθήσεις που συνδέονται με χαμηλό οξυγόνο, όπως η εγκεφαλική παράλυση, η διανοητική αναπηρία και οι επιληπτικές εγκεφαλοπάθειες, λέει.

«Ας ελπίσουμε ότι θα είναι απίστευτα ισχυρό για την αντιμετώπιση ζητημάτων ασθενειών και την ανάπτυξη θεραπευτικών μεθόδων», λέει η PaÈ™ca.

Καθώς η τεχνολογία γίνεται πιο περίπλοκη, τόσο γίνονται και τα ερωτήματα ηθικής

Οι ερευνητές τονίζουν ότι δεν πρόκειται για πλήρη μεταμόσχευση εγκεφάλου. στο πείραμα, αφαίρεσαν περίπου 14 εκατομμύρια νευρώνες ποντικιού και πρόσθεσαν περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπινους φλοιώδεις νευρώνες που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο.

Τα προκύπτοντα ποντίκια εξακολουθούν να στερούνται άλλων σημαντικών τύπων εγκεφαλικών κυττάρων, τα οποία οι ερευνητές σκόπιμα δεν πρόσθεσαν, και οι ανθρώπινοι νευρώνες τους δεν σχηματίζουν έναν τυπικό εξωτερικό εγκέφαλο. “Ο φλοιός είναι συνήθως όμορφα οργανωμένος σε στρώματα. Αλλά εδώ, όταν βάζουμε τα κύτταρα μέσα, δεν ξέρουν πού είναι πραγματικά πάνω και κάτω”, λέει ο PaÈ™ca. «Αποτυγχάνουν να οργανωθούν σε μεγαλύτερη κλίμακα».

Και το μοντέλο ταιριάζει καλύτερα σε ορισμένες ασθένειες που ξεκινούν στην πρώιμη ανθρώπινη ανάπτυξη, λόγω της ανάπτυξης των εμφυτευμένων νευρώνων με ανθρώπινο ρυθμό: “Αποδεικνύεται ότι ο χρόνος ανάπτυξης είναι καλά διατηρημένος – ακόμα και όταν τα βάζουμε σε ένα ζώο που αναπτύσσεται πιο γρήγορα”, λέει.

Ορισμένοι από αυτούς τους περιορισμούς αντικατοπτρίζουν σκόπιμες επιλογές που έγιναν από τους ερευνητές για ηθικούς λόγους, λέει Νίτα Φαραχανίκαθηγητής δικαίου και φιλοσοφίας στο Duke Law, ο οποίος υπηρέτησε ως άμισθο μέλος ενός εξωτερικού συμβουλίου ηθικής που βοήθησε στην καθοδήγηση της προόδου αυτής της εργασίας.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές επέλεξαν να σταματήσουν τα πειράματα όταν τα ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα έφτασαν περίπου έξι μηνών – πριν μπορέσουν να δημιουργήσουν μια σύνδεση στον εγκέφαλο του ποντικιού που θεωρείται χαρακτηριστικό γνώρισμα της συνείδησης από τους ερευνητές ανθρώπινης ανάπτυξης.

«Αλλά αυτή η ίδια η γραμμή είναι μια γραμμή που μπορεί να αρχίσεις να αναρωτιέσαι», προσθέτει. “Διακόπτετε μια μελέτη προτού ένα ζώο αναπτύξει συνείδηση, εάν έχει τη δυνατότητα ή είναι καθ’ οδόν να αναπτύξει συνείδηση; Έχει διαφορετικά συμφέροντα ή δικαιώματα που θα του αναθέσουμε;”

Και πρέπει το γεγονός ότι το ποντίκι έχει ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζεται και αντιμετωπίζεται; “Το αντιμετωπίζουμε με μεγαλύτερη ηθική προσοχή από ό,τι τα παραδοσιακά ποντίκια; Νομίζω ότι μάλλον ναι”, λέει ο Farahany. «Το ένστικτό μου είναι να κάνω λάθος με την επιφυλακτικότητα με τέτοιες έρευνες παρά να είμαι πιο επιτρεπτικός».

Οι ηθικοί προβληματισμοί θα αυξηθούν καθώς αυτά τα πειράματα συνεχίζονται στα αναμενόμενα μονοπάτια, όπως η προσπάθεια παρόμοιας διαδικασίας σε μεγαλύτερα ζώα όπως οι χοίροι ή τα πρωτεύοντα μη ανθρώπινα, λέει ο Zeng του Ινστιτούτου Allen. «Επειδή αυτά τα ζώα ζουν πολύ περισσότερο, οι ανθρώπινοι νευρώνες θα μπορούσαν να επιβιώσουν περισσότερο και θα μπορούσαν να σχηματίσουν πιο λειτουργικά ουσιαστικά κυκλώματα – αλλά τότε νομίζω ότι τα ηθικά ζητήματα γίνονται επίσης πολύ μεγαλύτερα, πιο σοβαρά», λέει.

Αυτοί οι τύποι ανησυχιών έρχονται με τη διεξαγωγή έρευνας αιχμής, λέει ο Farahany. Η ομάδα ήταν «απίστευτα προσεκτική» στη διεξαγωγή της δουλειάς της όσο το δυνατόν καλύτερα και ηθικά, λέει. Ωστόσο, «αυτό μας φέρνει σε νέες γκρίζες ζώνες για τις οποίες δεν υπάρχουν σαφείς ηθικές οδηγίες ή κανόνες», λέει.

Με αυτή τη δημοσίευση, οι ερευνητές παρουσίασαν στο κοινό ένα επόμενο βήμα σε αυτό το μοντέλο, λέει. Τώρα, είναι η σειρά της κοινωνίας να σταθμίσει.