''Mini ljudski mozak'' nastao je u laboratoriju, a znanstvenici su ga uspjeli držati živim još pet godina. Istraživački tim sa Sveučilišta Harvard uspjeh s razvojem ''mini mozga'', organoida iz matičnih stanica, objavio je u časopisu Nature.

Potencijalne primjene ovog otkrića su goleme, kažu stručnjaci. Jedna od autorica istraživanja, dr.sc. Paola Arlotta opisuje ove organoide kao personalizirane replike pacijentovog tkiva koje se mogu masovno proizvoditi i koristiti u laboratoriju. Za pacijenta, primjerice, s epilepsijom ili autizmom ideja bi bila da se može stvoriti stotine identičnih mini mozgova koji nose njegov genetski potpis i pokazuju specifične biološke markere bolesti. Na njima bi znanstvenici mogli testirati tisuće potencijalnih lijekova kako bi pronašli najučinkovitiji za tog konkretnog pacijenta, bez ikakvog rizika za njega.

ŽIVOT POSLIJE SMRTI Umro dok su mu snimali mozak: Znanstvenike je šokiralo ono što su vidjeli

- Za biomedicinu bi ovo moglo biti renesansa novih terapija koja će se pojaviti tamo gdje desetljećima ništa nije djelovalo - izjavila je Arlotta za FierceBiotech, naglašavajući da ovaj sustav predstavlja poveznicu između laboratorija i pacijenata. Njezin tim već koristi ove dugovječne organoide za proučavanje neuroloških poremećaja i testiranje lijekova koji bi mogli promijeniti tijek bolesti.

Znanstvenici su dugo nailazili na prepreke u pokušaju da repliciraju složenost ljudskog mozga u laboratorijskim uvjetima, posebice njegov razvoj kroz vrijeme. Ovim istraživanjem doskočilo se tom problemu odnosno pronašao se način kako pratiti njegov razvoj, a da se pritom ne mora čekati da prođu desetljeća, niti se oslanjati na životinje. Istraživanje je pritom pokazalo da se stanice tijekom tog vremena doista mijenjaju, sazrijevaju i bilježe protok vremena. Za neuroznanost je to posebno važno jer se ljudski mozak razvija nevjerojatno dugo. Njegovo sazrijevanje proteže se kroz gotovo dva desetljeća života, dok su se laboratorijski organoidi dosad uglavnom koristili za proučavanje vrlo ranog razvoja. S druge strane, životinjski modeli mogu dati vrijedne informacije, ali ne mogu u potpunosti prikazati ono što se događa u ljudskom mozgu. Upravo je zato mogućnost da se ljudsko moždano tkivo prati godinama u laboratoriju toliko važna.

No što je zapravo organoid? To je trodimenzionalni skup stanica uzgojenih iz ljudskih matičnih stanica koje se, u odgovarajućim uvjetima, same organiziraju i stvaraju različite vrste moždanih stanica i strukture koje podsjećaju na određene dijelove mozga. Takvi su modeli posljednjih godina postali jedan od najvažnijih alata za proučavanje razvoja ljudskog živčanog sustava. No dosad su imali ozbiljno ograničenje: Organoidi su uglavnom ostajali nalik vrlo mladom mozgu. Moguće je bilo promatrati kako nastaju neuroni, ali puno teže što se s njima događa nakon nekoliko godina razvoja.

Tim s Harvarda sada je uspio znatno produljiti njihov životni vijek. Proces započinje izdvajanjem matičnih stanica, koje se zatim potiču na rast u strukture nalik fetalnom mozgu. Međutim, njihov uzgoj je notorno težak. Istraživači su optimizirali uvjete uzgoja kako bi omogućili preživljavanje tzv. ekscitacijskih neurona. Eksitacijski neuroni su ključne stanice koje prenose električne signale u mozgu. Rezultat je bio organoid kojeg se u laboratoriju moglo dugo držati na životu.

BISTE LI GA JELI? NASA-in plastični keks iz budućnosti 'peče' se tri dana. Kila je 60 dolara

Tijekom tog razdoblja znanstvenici su redovito uzimali uzorke i analizirali što se događa s njihovim genima i drugim molekularnim obilježjima. Stanice nisu ostale biološki iste. Njihov se genski program mijenjao kako je vrijeme prolazilo, a obrasci aktivacije gena odgovarali su različitim fazama sazrijevanja ljudskog mozga. Drugim riječima, organoid nije samo "živio" pet godina nego su njegove stanice tijekom tih pet godina biološki starjele i sazrijevale.

Još je jedan važan nalaz dobiven analizom. Pokazalo se da je procijenjena dob organoida vrlo precizno pratila vrijeme koje su stanice provele u laboratoriju. Istodobno je taj obrazac bio usporediv s takvim promjenama koje se događaju u stvarnom ljudskom mozgu. To je jedan od ključnih rezultata istraživanja. Stanice, čini se, imaju sposobnost zadržati informaciju o tome koliko su dugo u razvoju. One ne trebaju biti u ljudskom tijelu da bi se u njima nastavile događati određene promjene povezane s protokom vremena.

Istraživači su to dodatno provjerili vrlo zanimljivim eksperimentom. Uzeli su stanice iz "mladih" i "starih" organoida te ih spojili u iste organoide. Očekivalo bi se da će se sve stanice ponašati jednako jer se sada nalaze u istom okolišu. No, to se nije dogodilo. Stanice koje su već dugo bile u kulturi brže su stvarale neurone karakteristične za kasnije razvojne faze. Pritom su preskakale neke ranije razvojne faze koje su njihove "mlađe kolegice" još uvijek prolazile. To upućuje na postojanje svojevrsnog staničnog sjećanja na vrijeme provedeno u kulturi. To je važno jer sada znanstvenici dobivaju priliku promatrati promjene koje uzrokuju bolesti u mnogo kontroliranijim uvjetima. To bi moglo biti posebno korisno za proučavanje neurorazvojnih i neuropsihijatrijskih poremećaja.

Unatoč fascinantnom rezultatu, važno je naglasiti  da organoid nije mali ljudski mozak koji razmišlja, pamti ili ima svijest. On nema složenu organizaciju pravog mozga, ne povezuje se s ljudskim tijelom i ne prima sve signale koje pravi mozak dobiva iz krvi, hormona, osjetila i ostatka živčanog sustava. Čak i kada organoid sadrži mnoge vrste neurona i pokazuje određene oblike električne aktivnosti, on je i dalje pojednostavljeni laboratorijski model.

Naravno, postoji još jedan problem. Ljudski mozak ne razvija se samo zahvaljujući samim neuronima. U njegovu razvoju sudjeluju krvne žile, potporne stanice, imunološki sustav, izvanstanični matriks i brojni kemijski signali iz neposrednog okoliša stanica. Organoid takvo okruženje nema u potpunosti.

Nekoliko dana prije objave ovog rezultata ovog istraživanje, u časopisu Nature objavljen je rad znanstvenika s Institute of Science and Technology Austria koji je otkrio da se stanice u organoidima ne razvijaju nužno prema istom vremenskom rasporedu kao u stvarnom mozgu. Istraživači su proučavali organoide dobivene iz mišjih embrionalnih matičnih stanica i uspoređivali njihov razvoj s razvojem pravog mišjeg mozga. Organoidi su stvarali iste glavne tipove stanica kao i pravi mozak. Problem je bio u tome što ih nisu nužno stvarali u istom trenutku. U organoidima su neke stanice počinjale stvarati neurone prerano, dok su druge još nastavile razvijati. Znanstvenici smatraju da bi razlog mogao biti upravo nedostatak signala iz stvarnog okoliša mozga. Krvne žile, metabolički signali i strukture izvan stanica u pravom mozgu daju stanicama informacije koje organoid nema.

­Jedno istraživanje dakle pokazuje da ljudske moždane stanice mogu u laboratoriju pratiti protok vremena i sazrijevati kroz čak pet godina. Drugo upozorava da to još ne znači da će se sve stanice razvijati potpuno istim redoslijedom i u istim vremenskim okvirima kao u stvarnom mozgu. Potonje istraživanje želi utvrditi koji signali nedostaju organoidima i može li ih se ciljano dodati kako bi se razvoj što vjernije približio razvoju pravog mozga.