A kutatók nagyon szeretnék alaposan tanulmányozni, hogyan fejlődik az emberi agy, és milyen hatással lehetnek rá a különböző állapotok, de élő embereken ez nagyon korlátozottan lehetséges. E probléma megoldására a Stanford egyik kutatócsoportja új módszert fejlesztett ki, amellyel során emberi agy-organoidokat, vagyis miniatűr szervecskéket ültetnek be egerek koponyájába.
A kutatók olyan biotechnológiai úton módosított egereket használtak, amelyeknél az agykéreg – az agy legkülső rétege, amely a magasabb szintű gondolkodást, a memóriát, a nyelvet és a döntéshozatalt irányítja – nagy része hiányzott. Ehhez génjeiket úgy módosították, hogy kiiktassák azokat a sejteket, amelyek normális esetben a korai fejlődés során ezeket az agyi régiókat képeznék. Bár az agykéreg nélküli egerek kissé gyengébb teljesítményt nyújtottak a memóriájukat és finommotorikus képességeiket tesztelő feladatokban, egyéb tekintetben meglehetősen tipikus viselkedést produkáltak – ami önmagában is nagyon érdekes.
„Ezek az állatok, amelyeknél hiányzik az agytérfogat fele, illetve a kéreg és a hippokampusz 98 százaléka, meglepően jól funkcionálnak” – mondta el Sergiu Pașca, az eredményekről beszámoló tanulmány szerzője, a Stanford pszichiátriai és viselkedéstudományi professzora. „Ránézésre nem tudnánk megkülönböztetni, melyik az agykérgéről megfosztott egér a többi között, ami azt jelzi, hogy ha az idegrendszer egyes részeit a fejlődés nagyon korai szakaszában eltávolítjuk, a többi rész rendkívüli plaszticitással rendelkezik, és lényegileg át tudja venni ezek szerepét.”
A koponya üres terét kihasználva aztán a kutatók sebészi úton beültettek egy-egy emberi sejtekből tenyésztett, háromdimenziós idegsejtcsomót a rágcsálókba. Ezeket a miniatűr emberi agy-organoidokat a szakértők egy ideje már használják a valódi agy tanulmányozásának modelljeként a laborban, de ez az új áttörés lehetővé teszi, hogy megfigyeljék, hogyan viselkednek az élő, lélegző szervezetben.
Figyelemre méltó, hogy az emberi agyszövet nagyon jól érezte magát a „xenokortikális egerekben”, és három hónap alatt térfogata csaknem ötszörösére növekedett. Az emberi organoid működő kapcsolatokat alakított ki az egerek saját agyával és gerincvelőjével is. „Az emberi sejtek viszonylag jól összekapcsolódnak az idegrendszer többi részével. Elektromosan aktívak. Valóban vizsgálhatjuk őket, és láthatjuk, hogyan alakítanak ki hálózatokat” – mondja Pașca.
A kutatás következő részében azt vizsgálták, hogy a xenokortikális egerek szolgálhatnak-e modellként annak tanulmányozásához, hogy a különböző betegségek és fejlődési rendellenességek hogyan hatnak az emberi agyra. Például a mi agyunk rendkívül érzékeny az alacsony oxigénszintre a fejlődés során, sokkal inkább, mint az egerek agya. Ez a sebezhetőség jelentősen hozzájárul olyan állapotok kialakulásához, mint az agyi bénulás.
Öt órányi alacsony oxigénszintnek való kitettség után a xenokortikális egereknél – ahogyan az várható volt – jelentős károsodás mutatkozott az emberi eredetű agykéregszövetben. Ezek az oxigénhiányos egerek emellett mozgási nehézségekkel és egyensúlyzavarokkal is küzdöttek, ami az embereknél is az agyi bénulás tünete. Ugyanakkor a „normális” egereket szinte egyáltalán nem érintette az alacsony oxigénszint. „Ha kiderítjük, mi magyarázza ezt a különbséget, az nyomra vezethet az emberi idegrendszer oxigénhiányra való érzékenységét illetően, rávilágíthat az agyi bénulás mögött meghúzódó mechanizmusokra, és alapot nyújthat potenciális terápiás stratégiák teszteléséhez is” – mondja Pașca.
A xenokortikális egérmodellek ezen túl használhatók lehetnek más emberi betegségek vagy idegfejlődési rendellenességek – többek között a skizofrénia, az epilepszia és az autizmus – eredetének vizsgálatára is. És nagyon érdekes kutatási irány lehet, hogy az egerekbe átültetett emberi miniagyak egy adott személy DNS-éből származnak, ami lehetővé teszi a kutatók számára, hogy lényegében nyomon kövessék, hogyan és miért működik annak a személynek az agya úgy, ahogyan működik.
A területen dolgozó más szakértők is dicsérik a kutatást, mondván, hogy ez egy ígéretes új módszer az emberi agyfejlődés rejtélyeinek feltárására. Ugyanakkor arra is felhívják a figyelmet, hogy a modellnek vannak korlátai. Ezek közül a legfontosabb, hogy nehéz lesz elkülöníteni a normális emberi agyfejlődést attól a hatástól, amelyet a xenokortikális egéragy szokatlan környezetében való növekedés okoz.
„Óvatosnak kell lennünk: az emberi eredetű agysejtek funkcionális integrációja nem jelenti azok funkcionális egyenértékűségét. Az átültetett emberi agyszövet nem rendelkezik az érett emberi agyszövet jellemzőivel. A rögzített viselkedés pedig az emberi kéreg és a megmaradt egér alkéreg kölcsönhatásából fakadhat” – mondja Adeel Razi, a Monash Egyetem számítógépes idegtudományi kutatója, aki nem vett részt a vizsgálatban. „A technika korlátja tehát az, hogy nehéz megállapítani, vajon az átültetett emberi agysejtek szükségesek vagy csak elegendőek egy adott megfigyelt viselkedéshez.”
