Amerykańscy naukowcy zastosowali specjalną technikę, aby usunąć neurony u rozwijających się myszy i zastąpić je szczurzymi komórkami macierzystymi, z których rozwinęły się komórki nerwowe. W ten sposób powstały mózgi hybrydowe – częściowo mysie, częściowo szczurze. Zwierzęta rozwijały się prawidłowo, co jest obiecujące w przypadku terapii regeneracji neuronów.
Badania przeprowadziły dwa niezależne zespoły, które opublikowały swoje ustalenia w czasopiśmie Cell. Nie tylko pogłębiają one naszą wiedzę na temat rozwoju tkanki mózgowej, ale także wprowadzają nowe możliwości leczenia zaburzeń neurologicznych.
Od myszy do ludzi Frankenstein
Zespół naukowców z Columbia University pod kierunkiem prof. Kristin Baldwin wykorzystał szczurze komórki macierzyste do przywrócenia węchowych obwodów nerwowych u myszy. Te sieci neuronalne kontrolują zmysł węchu. To pierwszy raz, kiedy zwierzę jest w stanie wykorzystać aparat zmysłów innego gatunku do odbierania świata i reagowania na niego. To dowód na to, jak elastyczny może być mózg w integrowaniu zewnętrznych neuronów.
Czytaj też: Nie tylko mózg, ale i rdzeń kręgowy! Takiego modelu w laboratorium jeszcze nie było
Prof. Kristin Baldwin mówi:
To badanie pokazuje nam, w jaki sposób możemy zwiększyć neuroplastyczność, aby mózg mógł przyjmować inne rodzaje danych wejściowych, takie jak interfejsy człowiek-maszyna czy przeszczepione komórki macierzyste.
Z kolei zespół neurobiologów z University of Texas Southwestern Medical Center przyjął inne podejście. Uczeni opracowali platformę opartą na CRISPR, aby wskazać geny niezbędne do rozwoju tkanek, koncentrując się szczególnie na HESX1, który ma kluczowe znaczenie dla rozwoju przodomózgowia myszy. Wyciszając ten gen i wykorzystując szczurze komórki macierzyste, wygenerowano tkanki przodomózgowia, zapewniając unikalny wgląd w rozwój mózgu u różnych gatunków.
Prof. Jun Wu z University of Texas Southwestern Medical Center mówi:
Możliwość wytworzenia tkanki nerwowej z jednego gatunku w innym może pomóc nam zrozumieć rozwój i ewolucję mózgu. Brakuje dobrych testów behawioralnych pozwalających odróżnić szczury od myszy, jednak z naszego eksperymentu wynika, że myszy ze szczurzym przodomózgowiem nie zachowują się “inaczej”.
Oba zespoły zastosowały metodę znaną jako komplementacja blastocysty. Blastocysta to stadium rozwoju zarodkowego, składająca się z trofoblastu i węzła zarodkowego – skupiska dzielących się komórek utworzonych przez zapłodnioną komórkę jajową. Komplementacja blastocysty polega na wstrzykiwaniu komórek macierzystych jednego gatunku do słabo rozwiniętej blastocysty innego gatunku. Technikę tę stosowano wcześniej do tworzenia trzustki u myszy przy użyciu szczurzych komórek macierzystych.
Laboratorium prof. Wu wykazało, że wyłączenie genu HESX1 prowadzi do powstania myszy pozbawionych przodomózgowia. Tę część mózgu można zregenerować wprowadzając szczurze komórki macierzyste do rozwijającego się zarodka. Co zaskakujące, przodomózgowia pochodzące z komórek szczurów rozwijały się w tempie podobnym do myszy, co świadczy o zdolności adaptacyjnej szczurzych neuronów w mysim środowisku.
W badaniu Columbia University naukowcy wstrzyknęli szczurze komórki macierzyste do zarodków myszy i wykorzystali określone geny do wyciszenia neuronów czuciowych odpowiedzialnych za zmysł węchu. Model ten odzwierciedla słabą komunikację mózg-neuron obserwowaną w zaburzeniach neurorozwojowych. Komplementacja blastocysty przywraca obwody węchowe myszy.
Prof. Kristin Baldwin dodaje:
Można było zobaczyć komórki szczurów w prawie całym mózgu myszy, co było dla nas dość zaskakujące. Mówi nam to, że istnieje niewiele barier utrudniających wstawienie, co sugeruje, że wiele rodzajów neuronów myszy można zastąpić podobnym neuronem szczura.
Konsekwencje tych badań mogą pomóc opracować potencjalne strategie przywracania funkcji mózgu utraconych w wyniku choroby Parkinsona i Alzheimera.