Naukowcy starają się stworzyć mózg ludzi i innych zwierząt jak najbliżej teraźniejszości. Jest to ważne dla eksperymentów, przeszczepiania narządów i badania chorób. Możliwe, że w niedalekiej przyszłości będzie można hodować próbki ze świadomością w probówkach.
Bezgłowe świnie
W kwietniu 2018 roku w czasopiśmie Nature opublikowano list otwarty 17 czołowych neurofizjologów na świecie, w którym wzywano do opracowania zasad i ograniczeń eksperymentów ze sztucznie wyhodowaną tkanką nerwową, gdyż już wkrótce będzie można odtworzyć nie tylko struktury, ale i funkcje mózgu. Innymi słowy, jest bardzo prawdopodobne, że niektóre próbki laboratoryjne zaczną wykazywać oznaki przytomności i musisz być na to przygotowany. W rzeczywistości była to odpowiedź na raport naukowców z Uniwersytetu Yale, że trzymali mózg świni, oddzielony od ciała, przy życiu przez 36 godzin. Specjalnie zaprojektowany system podgrzewanej pompy BrainEx i syntetyczny substytut krwi zostały użyte do przywrócenia krążenia krwi w mózgach ponad stu zwierząt cztery godziny po ścięciu. W ożywionych w ten sposób mózgach znaleziono miliardy żywych, wydajnych komórek nerwowych. Nie było jednak aktywności elektrycznej - pokazał to elektroencefalogram. Dlatego naukowcy doszli do wniosku, że mózg żyje, ale jest w śpiączce, co oznacza, że nie ma świadomości. Zdaniem autorów pracy zrewitalizowane mózgi świń mogą ponadto służyć jako materiał do testowania nowych leków na raka czy chorobę Alzheimera. Ponadto, technicznie rzecz biorąc, odkrycie to można postrzegać jako sposób na utrzymanie przy życiu narządu do dalszych przeszczepów lub uczynienie mózgu wyhodowanym w laboratorium. Zdaniem autorów pracy zrewitalizowane mózgi świń mogą ponadto służyć jako materiał do testowania nowych leków na raka czy chorobę Alzheimera. Ponadto, technicznie rzecz biorąc, odkrycie to można postrzegać jako sposób na utrzymanie przy życiu narządu do dalszych przeszczepów lub uczynienie mózgu wyhodowanym w laboratorium. Zdaniem autorów pracy zrewitalizowane mózgi świń mogą ponadto służyć jako materiał do testowania nowych leków na raka czy chorobę Alzheimera. Ponadto, technicznie rzecz biorąc, odkrycie to można postrzegać jako sposób na utrzymanie przy życiu narządu do dalszych przeszczepów lub uczynienie mózgu wyhodowanym w laboratorium.
Mózgi w probówce
Problemem tym zajmowano się ściśle od połowy XXI wieku, kiedy japońscy biolodzy konsekwentnie wyhodowali korę mózgową, przysadkę mózgową i muszlę wzrokową - wyrostek ściany międzymózgowia w zarodku ssaków. Komórki macierzyste były używane wszędzie jako materiały budowlane. W 2012 roku amerykańscy naukowcy uzyskali w warunkach laboratoryjnych przodomózgowie z korą, którego stadium rozwojowe odpowiadało mózgowi ludzkiego zarodka pod koniec pierwszego trymestru ciąży. Eksperci z Uniwersytetu Stanforda poszli dalej i trzy lata później stworzyli małe grudki, które naśladują mózg noworodka zaraz po urodzeniu. W tym samym czasie naukowcy z Ohio University wyhodowali pełnoprawny ludzki mózg z komórek macierzystych, odpowiadający poziomowi pięciotygodniowego embrionu. Według autorów eksperymentuprawie całkowicie odtworzyły wszystkie główne obszary mózgu, ale brakowało układu naczyniowego. Dlatego nie mógł dalej się rozwijać i funkcjonować.
Mały, ale odległy
Mózgi probówek są nadal bardzo małe. Na przykład wymiary próbek Stanford wynoszą tylko od trzech do czterech milimetrów. Organy wyprodukowane w Ohio nie są większe niż gumka na czubku ołówka.
Film promocyjny:
Główną przyczyną zmniejszania się jest brak tlenu i składników odżywczych, które układ naczyniowy dostarcza do narządów wewnętrznych. Sztuczne mózgi nie mają takiego układu, a jedyną możliwą drogą do penetracji cząsteczek niezbędnych substancji jest tkanki.
Ponadto pożywka, w której hoduje się mózgi, nie jest w stanie w pełni odtworzyć specyficznego mikrośrodowiska, w którym rośnie i rozwija się ludzki mózg. To z kolei ogranicza dostęp cząsteczek sygnałowych, które przekazują sygnały lub bodźce z komórki do komórki. W organizmie żywym zaburzenia w transmisji sygnałów prowadzą do rozwoju nowotworów, chorób autoimmunologicznych i cukrzycy, w sztucznych - do ograniczenia wielkości.
Mózg neandertalczyka
Jednym z możliwych rozwiązań jest stworzenie chimery, czyli przeszczepienie wyrosłych części ludzkiego mózgu jakiemuś zwierzęciu laboratoryjnemu. Pierwsze eksperymenty przeprowadzono na myszach. W 2015 roku specjaliści z Salk Institute for Biological Research (USA) ogłosili, że przeszczepili wyhodowane w probówce organelle do mózgu gryzoni i zdołali podłączyć je do układu krążenia zwierząt. Po trzech miesiącach u 80 procent myszy wszczepiono sztuczną tkankę nerwową. To prawda, jak zauważają autorzy pracy, operowane gryzonie nie stały się mądrzejsze: ich zachowanie nie różniło się od zwykłego. Naukowcy są przekonani, że takie badania zrewolucjonizują medycynę regeneracyjną i umożliwią wszczepianie wyhodowanych komórek ludziom. Jeśli eksperymenty zakończą się sukcesem, możliwe będzie przeszczepienie dowolnych organelli powstałych w probówce - w tym neandertalczyków. Nie tak dawno temu amerykańscy biolodzy uzyskali w laboratorium mózg neandertalczyka. W tym celu do DNA komórek macierzystych wprowadzono mutację charakterystyczną dla genomu starożytnych ludzi. Jedna mutacja radykalnie zmieniła strukturę połączeń nerwowych, a nawet kształt organelli.
Neurony w tkance nerwowej neandertalczyka migrowały szybciej i tworzyły mniej synaps w porównaniu z ludzkim mózgiem. Według autorów badania jest to podobne do tego, co dzieje się w organelli zbudowanych z komórek autystycznych. Ale sama sztuczna tkanka nerwowa niewiele mówi o tym, jak będzie funkcjonował mózg dorosłego - i tym właśnie interesują się naukowcy.
Aby zrozumieć wszystkie procesy zachodzące w mózgu neandertalczyka, musisz naprawić w nim aktywność elektryczną, która wskazuje na świadomość. I tu naukowcy wkroczą w szarą strefę, o której ostrzegali autorzy kwietniowego listu. Będą mieli wspaniały model eksperymentalny, który pomoże odpowiedzieć na wiele pytań, ale ten model poczuje wszystko i prawdopodobnie zrozumie.
Alfiya Enikeeva