Timp de două decenii, oamenii de știință au visat să construiască modele ale creierului uman în afara corpului. Sergiu Pașca, profesor de psihiatrie și științe comportamentale la Universitatea Stanford și autorul principal al studiului, explică faptul că această cercetare nu va înlocui modelele existente, ci va oferi acces la aspecte ale funcției cerebrale umane care altfel ar fi extrem de greu de studiat. „Este o tehnologie cu adevărat puternică pentru a studia neuronii umani și modul în care circuitele cerebrale umane se pot forma într-un mediu mai natural decât o cutie Petri”, spune Hongkui Zeng, director executiv și director al științei creierului la Allen Institute din Seattle, care nu a fost implicat în studiu.
Cum au reușit cercetătorii să facă acest lucru? În primul rând, au folosit instrumente genetice pentru a crea șoareci cărora le lipsea cea mai mare parte a cortexului cerebral – stratul exterior al creierului implicat în raționament, memorie și conștiință. Apoi, au înlocuit o mare parte din aceste celule lipsă cu celule cerebrale umane crescute în laborator. Rezultatul: șoareci cu neuroni umani care pot fi modificați pentru a aproxima condițiile cerebrale umane pe care cercetătorii doresc să le studieze.
Provocarea principală a fost viteza de dezvoltare. Celulele cerebrale umane se dezvoltă de cel puțin 20 de ori mai lent decât cele ale șoarecilor. În încercările anterioare, neuronii șoarecilor formau rapid o rețea, depășind celulele umane introduse. „Până când celulele umane reușeau să se extindă câțiva milimetri, celulele șoarecilor formaseră deja majoritatea conexiunilor, iar dezvoltarea creierului se închidea”, explică Pașca. Echipa a rezolvat această problemă prin eliminarea precisă a unor părți din sistemul nervos al șoarecelui, oferind astfel celulelor umane mai multe oportunități de a se conecta.
Surprinzător, șoarecii astfel modificați au rămas destul de funcționali. „Au o locomoție destul de bună”, spune Pașca. „Nu se descurcă prea bine la sarcini de memorie, dar nu ai putea spune, uitându-te la acești animale, că le lipsește jumătate din volumul creierului.” Această adaptabilitate remarcabilă a creierului în dezvoltare este uimitoare, subliniază Zeng. Animalele cărora le lipsește cortexul cerebral – care guvernează funcțiile cerebrale superioare – nu ar trebui să se descurce bine la sarcini dificile. Totuși, acești șoareci au dezvoltat strategii alternative folosind părțile rămase ale creierului.
Apoi, cercetătorii au adăugat mici grupuri de neuroni umani în creierele astfel golite. „Le plasăm ușor, printr-o procedură rapidă și simplă, chiar în spațiul vacant din sistemul nervos al șoarecelui”, descrie Pașca. „În câteva zile, celulele încep să se dividă și să se extindă. În câteva săptămâni sau luni, ele cresc, devin vascularizate și ocupă în mare parte spațiul disponibil.” Șoarecii cu creierele completate s-au descurcat mai bine la sarcini de memorie și la interacțiunile cu alți șoareci. „Multe dintre deficitele prezente la șoarecii fără cortex nu mai sunt prezente la acest animal”, spune Pașca. „Se pare că celulele corticale umane contribuie la restaurarea unor funcții pierdute.”
Dar există diferențe cheie între șoarecii cu celule cerebrale umane și șoarecii normali, diferențe care sunt promițătoare pentru cercetarea afecțiunilor cerebrale umane. De exemplu, șoarecii cu celule umane au probleme de mers după ce creierul lor a fost privat de oxigen. Șoarecii normali sunt rezistenți la condiții de oxigen scăzut, dar acești șoareci modificați reacționează mai asemănător cu oamenii. Această reacție mai umană sugerează că șoarecii modificați ar putea fi modele mai bune pentru afecțiuni legate de lipsa de oxigen, cum ar fi paralizia cerebrală, dizabilitățile intelectuale și encefalopatiile epileptice.
Cercetătorii subliniază că nu este vorba de un transplant complet de creier. În experiment, au eliminat aproximativ 14 milioane de neuroni de șoarece și au adăugat în jur de 4 milioane de neuroni corticali umani crescuți în laborator. Șoarecii rezultați nu au alte tipuri importante de celule cerebrale, pe care cercetătorii le-au omis în mod deliberat, iar neuronii lor umani nu formează un cortex exterior tipic. „Cortexul este de obicei organizat frumos în straturi. Dar aici, când punem celulele, ele nu se organizează în straturi”, explică Pașca. Aceasta este o limitare, dar și o oportunitate de a studia modul în care se formează circuitele.
Întrebările etice nu întârzie să apară. Deși această cercetare a fost realizată cu o supraveghere etică strictă, experții din afara studiului atrag atenția asupra implicațiilor pe termen lung. „Mergând înainte, vor exista unele considerații, dacă nu chiar îngrijorări”, spune Zeng, referindu-se la posibilitatea de a folosi această tehnică pe animale mai mari și cu o viață mai lungă. Ce se întâmplă dacă aceste celule umane ar începe să confere animalelor capacități cognitive superioare? Unde trasăm linia între un șoarece cu câteva celule umane și o creatură care ar putea fi considerată „umanizată”? Aceste întrebări devin tot mai presante pe măsură ce tehnologia avansează.
Pe de altă parte, potențialul terapeutic este imens. Aceste modele ar putea accelera dezvoltarea de tratamente pentru boli neurodegenerative devastatoare, cum ar fi Alzheimer, Parkinson sau scleroza laterală amiotrofică. De asemenea, ar putea ajuta la înțelegerea modului în care anumite medicamente afectează neuronii umani, reducând nevoia de testare pe animale în moduri mai puțin relevante. „Sperăm că va fi incredibil de puternic pentru a aborda întrebări despre boli și pentru a dezvolta terapii”, spune Pașca.
În concluzie, această realizare marchează un punct de cotitură în cercetarea neurologică. Ea ne oferă un instrument fără precedent pentru a studia creierul uman într-un mediu viu, dar ne obligă, totodată, să reflectăm profund asupra limitelor etice ale științei. Pe măsură ce tehnologia avansează, va fi esențial să existe un dialog deschis între cercetători, eticieni și publicul larg, pentru a ne asigura că progresul științific nu depășește granițele morale pe care le considerăm fundamentale.
De ce este important:
Această cercetare reprezintă un pas major în înțelegerea bolilor neurologice umane, oferind un model viu care poate reproduce mai fidel condițiile patologice decât orice alt sistem existent. Ea ar putea duce la dezvoltarea de tratamente personalizate pentru afecțiuni precum paralizia cerebrală, epilepsia sau bolile neurodegenerative, reducând în același timp dependența de modele animale mai puțin relevante. Totodată, ridică întrebări etice fundamentale despre statutul animalelor modificate genetic și despre limitele pe care societatea trebuie să le stabilească în utilizarea tehnologiilor de acest tip. Este un subiect care ne privește pe toți, pentru că decide direcția în care va evolua medicina și modul în care ne raportăm la granița dintre uman și non-uman.
