Нашите мозоци се составени од 86 милијарди неврони и трилиони врски меѓу нив, создавајќи координирана бура од електрични и хемиски сигнали во маса со тежина од околу 1,4 килограми, составена од масти, протеини и вода. На оваа комплексна биолошка машина што нè дефинира како луѓе ѝ требаат околу 20 години за да созрее, што е значително подолг период на развој отколку кај повеќето други видови.
Ова, заедно со фактот дека мозокот е затворен во черепот, го прави експериментално многу тешко проучувањето на неговиот развој. Затоа научниците прават мозоци во лабораторија.
Во истражувањето опишано во списанието Nature научниците создадоа минијатурни мозоци, наречени органоиди, кои можат да го „чувствуваат“ текот на времето и да задржат клеточна „меморија“ за тоа колку долго веќе се развиваат. Овие колекции на мозочни клетки добиени од матични клетки се исто така најдолготрајните органоиди некогаш забележани, следени речиси шест години. Ова е без преседан, бидејќи многу претходни експерименти со органоиди траеле само неколку недели или месеци.
„Оваа работа покажува дека различни типови клетки во органоидите можат да се развиваат во текот на многу долги временски периоди и се способни да ја евидентираат и „запомнат“ нивната развојна возраст. Овие системи обезбедуваат богатство на податоци за во голема мера недостапни периоди од постнаталниот развој на човечкиот мозок“, објаснуваат истражувачите.
Научниците и претходно направиле органоиди слични на мозок, дури и такви што развиле рудиментарни очи со нервни влакна способни да пренесуваат сигнали. Но, новото истражување претставува барем два важни чекори напред – во долговечноста и функцијата.
Истражувачите користеле различни генетски, снимачки и електрофизиолошки мерења за да го проучат созревањето на десетици органоиди. Клучно е што тие користеле ДНК маркери како „епигенетски часовници“ за да покажат дека примероците одгледувани во лабораторија созревале на сличен начин како вистинските мозоци.
Сепак, не сите типови клетки имаат иста шанса да преживеат во органоидите. Но, повеќето главни типови клетки продолжиле молекуларно да созреваат за време на експериментот, покажувајќи сличности помеѓу созревањето на мозокот во лабораторијата и во живиот организам. Ова вклучувало појава на клетки во облик на ѕвезда, како што се астроцитите, кои помагаат во одржувањето на крвно-мозочната бариера, и олигодендроцитите, кои создаваат масна миелинска обвивка што ги изолира нервните влакна.
Иако истражувачите забележале постепено намалување на бројот на клучни, но кревки неврони кои овозможуваат главни мозочни функции, тие покажаа дека популациите на овие клетки можат да преживеат во лабораторија речиси шест години.
Тие исто така покажаа како невроните можат подобро да се зачуваат – со одржување на нивната спонтана електрична активност, што може да се спореди со периодично вежбање на мускулите за да се спречи нивно слабеење. Овој вид „тренинг“ на неврони е овозможен од специјализиран хранлив медиум кој поблиску ја имитира хемиската средина на централниот нервен систем.
Можеби најинтригантно е што мозочните клетки се чини дека го следат времето користејќи „внатрешен клеточен часовник кој го поставува темпото на развој на мозокот, иако неговите молекуларни механизми и функционално значење сè уште треба да се разјаснат“, пишуваат истражувачите.
За да го тестираат ова, тие ги одделија органоидите од различни возрасти во единечни клетки. Потоа ги составиле во таканаречени химероиди – ситни структури направени од мешавина од клетки од различни возрасти. Овие химероиди покажале клеточна меморија на нивната претходна развојна возраст, иако претходно биле одделени, а потоа повторно составени.
На пример, химероид направен од стари клетки произвел нови клетки соодветни на возраста, како што е астроглија, иако му биле потребни само 15 дена за да созрее по повторното составување. Дополнително, кога старите клетки биле измешани со помладите, химероидите се префрлиле во нешто помлада молекуларна состојба – но сепак задржале траги од нивната претходна развојна историја.
Така, постарите прогениторни клетки направени од повторно составените стари клетки „се сетиле“ на своето време во лабораторијата и ги прескокнале развојните чекори низ кои веќе поминале. За две недели тие произвеле потомство на кое нормално би му биле потребни два месеци за да се развие.
Конечно, покажувајќи дека органоидите можат да се одржуваат толку долг период, истражувачите имале начин да моделираат специфични молекуларни, структурни и функционални онални карактеристики на созревањето на човечките мозочни клетки по раѓањето.
„Органоидите култивирани во подолг временски период и огромната количина на разновидни податоци добиени од нив претставуваат моќен експериментален систем, како и извор на информации за разбирање на во голема мера неистражените механизми што го регулираат продолжениот развој, созревање и еволуција на човечкиот мозок“ заклучуваат истражувачите.
Истражувањето е објавено во списанието Nature.
(ScienceAlert/021)
(фото: Heute.at)
