Μια πρωτοποριακή ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Sergiu Pasca από το Πανεπιστήμιο Stanford, κατάφερε να δημιουργήσει στο εργαστήριο ένα «μίνι» νευρικό σύστημα από εκατομμύρια ανθρώπινα κύτταρα, ικανό να ανιχνεύει οδυνηρά ερεθίσματα και να τα μεταδίδει.

Πρόκειται για ένα εντυπωσιακό επίτευγμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά στην κατανόηση του ανθρώπινου πόνου – χωρίς την ανάγκη επεμβατικών μεθόδων σε ζωντανούς οργανισμούς.

Μικρά αυτόνομα σύνολα κυττάρων

Η ιστορία ξεκινά με τον Santiago Ramón y Cajal, Ισπανό επιστήμονα του 19ου αιώνα, που άλλαξε την πορεία της νευροεπιστήμης, αποδεικνύοντας πρώτος ότι ο εγκέφαλος δεν είναι μια συνεχής μάζα, αλλά αποτελείται από ξεχωριστά κύτταρα – τους νευρώνες. Μετά από 130 χρόνια, ο Pasca κάνει ένα εξίσου τεράστιο άλμα.

Το 2015, ο διεθνούς φήμης νευροεπιστήμονας κατάφερε να επαναπρογραμματίσει κύτταρα δέρματος ώστε να επιστρέψουν σε εμβρυϊκή κατάσταση και να εξελιχθούν σε νευρώνες, σχηματίζοντας μικρά αυτόνομα σύνολα κυττάρων.

Ονόμασε αυτά τα σύνθετα οργανικά μοντέλα “assembloids” ή «συναρμολογήματα». Με την πάροδο των ετών, συνέδεσε επιτυχώς διαφορετικά είδη κυττάρων από περιοχές του εγκεφάλου, του νωτιαίου μυελού και των μυών, καταφέρνοντας να αναπαραγάγει βασικά κυκλώματα της εκούσιας κίνησης.

Διαβασε ακομα

Το σκουλήκι που κανένας επιστήμονας πληροφορικής δεν μπορεί να «σπάσει»

Το βιολογικό λουκάνικο του Pasca

Η νέα μελέτη του, που δημοσιεύτηκε τον Απρίλιο στο περιοδικό Nature, αποτελεί το πιο εντυπωσιακό επίτευγμα έως τώρα. Η ομάδα δημιούργησε ένα σύμπλεγμα από τέσσερις τύπους ανθρώπινων νευρικών κυττάρων: γάγγλιο της σπονδυλικής στήλης, νωτιαίο μυελό, θάλαμο και σωματοαισθητικό φλοιό.

Όλα αυτά συνδέθηκαν σε έναν κύλινδρο δύο εκατοστών – ένα είδος «βιολογικού λουκάνικου», όπως το περιγράφει ο ίδιος ο Pasca – που μπορεί να μεταδώσει την αίσθηση του πόνου. Η ενεργοποίηση του πόνου επιτυγχάνεται μέσω χημικών ουσιών όπως η καψαϊκίνη, που βρίσκεται στις καυτερές πιπεριές.

Παρόλο που αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του ανθρώπινου νευρικού συστήματος – αποτελούμενο από 4 εκατομμύρια κύτταρα σε σχέση με τα 86 δισεκατομμύρια του ανθρώπινου εγκεφάλου, το μοντέλο αυτό προσφέρει μια εξαιρετική ευκαιρία για τη μελέτη νευροαναπτυξιακών διαταραχών, όπως ο αυτισμός.

Ανάπτυξη και λειτουργία νευρικών κυκλωμάτων

Όπως εξηγεί ο Pasca, πολλοί άνθρωποι στο φάσμα του αυτισμού παρουσιάζουν υπερευαισθησία σε αγγίγματα, ήχους και οπτικά ερεθίσματα, κάτι που υποδηλώνει ότι η επεξεργασία αισθητηριακών πληροφοριών λειτουργεί διαφορετικά.

Μέσω των assembloids, οι ερευνητές μπορούν να ενσωματώσουν μεταλλάξεις που σχετίζονται με τον αυτισμό και να παρατηρήσουν πώς αυτές επηρεάζουν την ανάπτυξη και λειτουργία των νευρικών κυκλωμάτων.

Το 2022, ο Pasca και οι συνεργάτες του, μεταξύ των οποίων και ο διάσημος νευροεπιστήμονας Karl Deisseroth (πατέρας της οπτογενετικής), εμφύτευσαν κύτταρα ανθρώπινου εγκεφαλικού φλοιού στον εγκέφαλο αρουραίων. Ο ανθρώπινος ιστός ενσωματώθηκε και επηρέασε τη συμπεριφορά των ζώων. Μάλιστα, οι επιστήμονες κατάφεραν να διορθώσουν με γενετική παρέμβαση μία διαταραχή που σχετίζεται με τον αυτισμό σε έναν από αυτούς τους «ανθρώπινους» εγκεφάλους μέσα στους αρουραίους.

Διαβασε ακομα

H πρώτη αεροπορική εταιρεία παγκοσμίως με πιστοποίηση για τον αυτισμό

Η βιολογία του πόνου

Παρόλο που τα νέα assembloids είναι περίπλοκα και απαιτούν περίπου 200 ημέρες για να παραχθούν, ο Pasca εκτιμά ότι στο μέλλον θα μπορούν να κατασκευάζονται μαζικά και να χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή φαρμάκων.

Όπως τονίζει, τα σημερινά ισχυρότερα φάρμακα για τον πόνο είναι τα οπιοειδή. Για να βρεθούν εναλλακτικές, όμως, όπως αναφέρει η El Pais, πρέπει πρώτα να κατανοηθεί πλήρως η βιολογία του πόνου.

Ο Félix Viana, βέβαια, Ισπανός νευροβιολόγος που διευθύνει πρόγραμμα έρευνας σχετικά με τον πόνο, αναγνωρίζει την τεχνική αξία της μελέτης, αλλά παραμένει αρκετά σκεπτικός όσον αφορά στο αν τα assembloids μπορούν να αναπαραγάγουν την πολυπλοκότητα της ανθρώπινης αίσθησης του πόνου.

Ωστόσο, η ομάδα του Pasca έχει ήδη αναπτύξει ένα νέο σύμπλεγμα τεσσάρων συνδεδεμένων περιοχών του εγκεφάλου που εμπλέκονται στις γνωστικές, συναισθηματικές και κινητικές λειτουργίες. Μέσω αυτών μελετούν μεταλλάξεις στο γονίδιο ASH1L, που σχετίζεται με τον αυτισμό και το σύνδρομο Tourette.

Όπως λέει ο ίδιος ο Pasca: «Όταν ενώσεις δύο κυτταρικά συσσωματώματα, αναδύονται νέες ιδιότητες. Ο εγκέφαλος είναι κάτι πολύ περισσότερο από το άθροισμα των μερών του – κι αυτός είναι ο σκοπός των assembloids: να καταγράψουμε αυτές τις μοναδικές ιδιότητες που προκύπτουν από τη διασύνδεση των νευρικών κυττάρων».