Επιστήμονες στην Ολλανδία ανέπτυξαν τους πρώτους μίνι εγκεφάλους από έμβρυα που αποβλήθηκαν

Επιστήμονες στο Κέντρο Παιδιατρικής Ογκολογίας Princess Máxima στην Ολλανδία, κατάφεραν και ανέπτυξαν τους πρώτους παγκοσμίως μίνι εγκεφάλους από ιστούς ανθρώπινου εμβρύου που δωρίστηκαν για έρευνα μετά από άμβλωση, ελπίζοντας να φέρουν «επανάσταση» στη νευροεπιστήμη.

Έχουν περίπου το μέγεθος ενός κόκκου ρυζιού, αλλά τα τρισδιάστατα οργανοειδή εγκεφάλου που αναπτύχθηκαν σε εργαστήριο ανοίγουν νέους δρόμους στην έρευνα για το τελικό όριο, τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Οι επιστήμονες, στόχευαν να δημιουργήσουν ένα οργανοειδές εγκεφάλου που βρίσκεται στην αρχή της μέσης ανάπτυξης και έτσι χρησιμοποίησαν τον εγκεφαλικό ιστό εμβρύου που είχε αποβληθεί κατά την 12η – 15 η βδομάδα κύησης.

Η ομάδα εξεπλάγη όταν ανακάλυψε ότι ο εμβρυϊκός εγκεφαλικός ιστός ήταν ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη ενός μίνι εγκεφάλου.

Παραδοσιακά, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει διαφορετικές μεθόδους για να μοντελοποιήσουν τη βιολογία των ιστών, να μελετήσουν τη λειτουργία τους αλλά και των οργάνων που σχηματίζουν, καθώς και τις σχετικές παθολογίες. Και το έχουν κάνει καλλιεργώντας κυτταρικές σειρές, κύτταρα αίματος, ηπατικά κύτταρα, νευρώνες και ούτω καθεξής.

Εδώ και μερικά χρόνια, οι επιστήμονες εργάζονται επίσης με οργανοειδή, τα οποία είναι είδη τρισδιάστατων μίνι οργάνων με πολλά από τα μορφολογικά, αναπτυξιακά και ακόμη και λειτουργικά χαρακτηριστικά των φυσιολογικών οργάνων. Αυτή η δυνατότητα είναι το αποτέλεσμα της χρήσης βλαστοκυττάρων.

Τα οργανοειδή μπορούν να σχηματιστούν απευθείας από κύτταρα ενός συγκεκριμένου ιστού, αλλά οι ερευνητές χρησιμοποιούν επίσης πολυδύναμα (ενήλικα) ή εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα για να τα αναπτύξουν στο όργανο που θα μελετηθεί, εν προκειμένω για να αναπτύξουν και να αναπαράγουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου.

Αυτή η νέα δυνατότητα οδήγησε τους επιστήμονες να εξετάσουν το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσουν το μίνι-όργανο για να μοντελοποιήσουν τον καρκίνο του εγκεφάλου και να επικεντρωθούν συγκεκριμένα στον τρόπο με τον οποίο αυτός αναπτύσσεται στα παιδιά με την ελπίδα ότι θα οδηγηθούν σε θεραπεία.

«Αυτά τα νέα οργανοειδή που προέρχονται από εμβρυϊκό ιστό μπορούν να προσφέρουν νέες ιδέες για το τι διαμορφώνει τις διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου και τι δημιουργεί την κυτταρική ποικιλομορφία», σύμφωνα με την Dr Delilah Hendriks, επικεφαλής της ομάδας στο Princess Máxima Center για Παιδοογκολογία που συνέγραψε τη μελέτη.

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Hubrecht και του Κέντρου Παιδιατρικής Ογκολογίας Princess Máxima (και οι δύο στην Ολλανδία) ανέπτυξαν τώρα μια σειρά οργανοειδών όχι από μεμονωμένα βλαστοκύτταρα, αλλά από ιστούς ανθρώπινου εμβρύου που δωρίστηκαν για έρευνα μετά από έκτρωση.

Οι επιστήμονες έκοψαν τον εμβρυϊκό εγκεφαλικό ιστό σε μικρά κομμάτια και τα οργάνωσαν σε πιάτο καλλιέργειας πριν το τοποθετήσουν σε τροχιακό αναδευτήρα.

Τις πρώτες 4-8 ημέρες, οι ερευνητές παρατήρησαν τον σχηματισμό πολλαπλών τρισδιάστατων δομών, οι οποίες συνέχισαν να αναπτύσσονται, μοιάζοντας με τον εγκεφαλικό ιστό στη μορφή.

Το οργανοειδές μέσα σε 20-30 ημέρες από την καλλιέργεια έλαβε τελικά το διπλάσιο του αρχικού μεγέθους. Αυτή η πλήρης διαδικασία συνεχίστηκε για οκτώ μήνες, με τους μίνι εγκεφάλους να αυξάνονται τελικά στα 1.500 κυβικά εκατοστά σε μέγεθος, οπότε η ανάπτυξή τους επιβραδύνθηκε.

Ωστόσο μπορούσε να διατηρηθεί. Στη συνέχεια, η ομάδα επικεντρώθηκε στον πρωταρχικό της στόχο, την καταπολέμηση του καρκίνου του εγκεφάλου και χρησιμοποίησε μερικά από τα οργανοειδή για να αναπτύξει μικρούς όγκους.

Με τη χρήση του CRISPR-Cas9, μιας τεχνικής γονιδιακής επεξεργασίας, εισήγαγε σε μικρό αριθμό κυττάρων των οργανοειδών ένα καρκινικό γονίδιο που ονομάζεται TP53 έτσι ώστε να μοντελοποιήσει τον εγκεφαλικό καρκίνο.

Χρειάστηκαν τρεις μήνες για να εκφραστεί το γονίδιο πλήρως στα υγιή κύτταρα του οργανοειδούς και να αναπαραγάγει τα χαρακτηριστικά των τυπικών καρκινικών κυττάρων.

Σύμφωνα με τα ευρήματα της μελέτης που δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Cell, μπορεί να είναι δυνατή η χρήση των οργανοειδών στην αναζήτηση μιας θεραπείας για τον καρκίνο και «θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην έρευνα του εγκεφάλου».

«Τα εγκεφαλικά οργανοειδή από εμβρυϊκό ιστό είναι ένα ανεκτίμητο νέο εργαλείο για τη μελέτη της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου», δήλωσε στη daily mail η συν-συγγραφέας Δρ Benedetta Artegiani.

«Το νέο μας μοντέλο εγκεφάλου που προέρχεται από τους ιστούς μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα πώς ο αναπτυσσόμενος εγκέφαλος ρυθμίζει την ταυτότητα των κυττάρων.

Θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα λάθη σε αυτή τη διαδικασία μπορούν να οδηγήσουν σε νευροαναπτυξιακές ασθένειες όπως η μικροκεφαλία, καθώς και σε άλλες ασθένειες που μπορεί να προέρχονται από προβληματική ανάπτυξη, συμπεριλαμβανομένου του παιδικού καρκίνου του εγκεφάλου».

Σχεδόν 16.000 παιδιά από τη στιγμή που γεννιούνται και φτάνουν μέχρι την ηλικία των 19 ετών διαγιγνώσκονται με καρκίνο στις ΗΠΑ κάθε χρόνο, 4.000 από τα οποία διαγιγνώσκονται με όγκους εγκεφάλου και νωτιαίου μυελού.

Οι όγκοι του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού ευθύνονται για περίπου 1 στους 4 παιδικούς καρκίνους και περίπου ένα στα τέσσερα παιδιά που έχουν διαγνωστεί με αυτούς δεν τα καταφέρνουν, σύμφωνα με την Αμερικανική Αντικαρκινική Εταιρεία. Για αυτόν τον λόγο, οι επιστήμονες στο Princess Máxima Center πιστεύουν ότι η επιτυχής ανάπτυξη των μίνι εγκεφάλων θα τους φέρει ένα βήμα πιο κοντά στη θεραπεία.