Vedci by chceli podrobne skúmať, ako sa vyvíja ľudský mozog a ako ho môžu ovplyvňovať rôzne ochorenia a poruchy. U živých ľudí sú však možnosti takéhoto výskumu veľmi obmedzené. Na riešenie tohto problému výskumníci zo Stanfordovej univerzity vyvinuli novú metódu, pri ktorej do lebiek myší transplantujú ľudské mozgové organoidy, teda miniatúrne orgánové štruktúry.
Výskumníci použili myši upravené biotechnologickými postupmi, ktorým chýbala veľká časť mozgovej kôry – vonkajšej vrstvy mozgu zodpovednej za vyššie kognitívne funkcie, pamäť, jazyk a rozhodovanie. Ich gény upravili tak, aby odstránili bunky, z ktorých by sa tieto mozgové oblasti za normálnych okolností vytvorili v ranom štádiu vývoja. Hoci myši bez mozgovej kôry dosahovali o niečo horšie výsledky v úlohách testujúcich pamäť a jemnú motoriku, v ostatných ohľadoch sa správali pomerne bežne. Už to je samo osebe veľmi zaujímavé.
„Tieto zvieratá, ktorým chýba polovica objemu mozgu a 98 % mozgovej kôry a hipokampu, fungujú prekvapivo dobre,“ uviedol Sergiu Pașca, autor štúdie opisujúcej výsledky a profesor psychiatrie a behaviorálnych vied na Stanfordovej univerzite. „Na pohľad by sme myš bez mozgovej kôry medzi ostatnými nerozoznali. To naznačuje, že ak sa niektoré časti nervovej sústavy odstránia vo veľmi ranom štádiu vývoja, zvyšné časti vykazujú mimoriadnu plasticitu a v podstate dokážu prevziať ich úlohu.“
Vedci následne využili voľný priestor v lebke a každému hlodavcovi chirurgicky transplantovali trojrozmerný zhluk nervových buniek vypestovaný z ľudských buniek. Tieto miniatúrne ľudské mozgové organoidy už odborníci istý čas používajú v laboratóriách ako modely na skúmanie skutočného mozgu. Nový prelom im však umožňuje sledovať, ako sa správajú v živom, dýchajúcom organizme.
Pozoruhodné je, že ľudskému mozgovému tkanivu sa v „xenokortikálnych myšiach“ veľmi dobre darilo a za tri mesiace sa jeho objem zväčšil takmer päťnásobne. Ľudský organoid si navyše vytvoril funkčné spojenia s vlastným mozgom aj miechou myší. „Ľudské bunky sa pomerne dobre prepájajú so zvyškom nervovej sústavy. Sú elektricky aktívne. Môžeme ich priamo skúmať a sledovať, ako vytvárajú siete,“ hovorí Pașca.
V ďalšej časti výskumu vedci zisťovali, či by xenokortikálne myši mohli slúžiť ako model na skúmanie vplyvu rôznych ochorení a vývinových porúch na ľudský mozog. Náš mozog je napríklad počas vývoja mimoriadne citlivý na nízku hladinu kyslíka, oveľa viac než mozog myší. Táto zraniteľnosť významne prispieva k vzniku stavov, ako je detská mozgová obrna.
Po piatich hodinách vystavenia nízkej hladine kyslíka sa u xenokortikálnych myší podľa očakávania prejavilo výrazné poškodenie tkaniva mozgovej kôry ľudského pôvodu. Myši vystavené nedostatku kyslíka mali aj problémy s pohybom a poruchy rovnováhy, ktoré patria medzi príznaky detskej mozgovej obrny aj u ľudí. Na „normálne“ myši však nízka hladina kyslíka nemala takmer žiadny vplyv. „Ak zistíme, čo vysvetľuje tento rozdiel, môže nám to pomôcť pochopiť citlivosť ľudskej nervovej sústavy na nedostatok kyslíka, objasniť mechanizmy stojace za detskou mozgovou obrnou a poskytnúť základ na testovanie potenciálnych liečebných stratégií,“ hovorí Pașca.
Xenokortikálne myšie modely by sa mohli využiť aj na skúmanie pôvodu ďalších ľudských ochorení či neurovývinových porúch vrátane schizofrénie, epilepsie a autizmu. Veľmi zaujímavým smerom výskumu môže byť aj využitie ľudských minimozgov s DNA konkrétneho človeka. Po ich transplantácii do myší by vedci v podstate mohli sledovať, ako a prečo mozog daného človeka funguje práve tak, ako funguje.
Výskum oceňujú aj ďalší odborníci z tejto oblasti. Označujú ho za sľubnú novú metódu na odhaľovanie záhad vývoja ľudského mozgu. Zároveň však upozorňujú na obmedzenia modelu. Najzásadnejším z nich je, že bude ťažké odlíšiť normálny vývoj ľudského mozgu od zmien spôsobených rastom v nezvyčajnom prostredí mozgu xenokortikálnej myši.
„Musíme byť opatrní: funkčné začlenenie mozgových buniek ľudského pôvodu neznamená ich funkčnú rovnocennosť. Transplantované ľudské mozgové tkanivo nemá vlastnosti zrelého ľudského mozgového tkaniva. Pozorované správanie navyše môže vyplývať zo vzájomného pôsobenia ľudskej mozgovej kôry a zachovaných podkôrových štruktúr myši,“ hovorí Adeel Razi, výskumník v oblasti výpočtových neurovied na Monashovej univerzite, ktorý sa na štúdii nepodieľal. „Obmedzenie tejto techniky teda spočíva v tom, že je ťažké určiť, či sú transplantované ľudské mozgové bunky pre konkrétne pozorované správanie nevyhnutné, alebo na jeho vyvolanie len postačujú.“
