Αυτές οι τρισδιάστατες δομές που προέρχονται από βλαστοκύτταρα — τα λεγόμενα neuron organoids και asemblodies — προσφέρουν μια εντελώς νέα ματιά στο πώς διαμορφώνεται και λειτουργεί το σημαντικότερο “συλλογικό μας όργανο”: ο εγκέφαλος.
Η πρωτοβουλία ξεκίνησε το 2018 υπό την αιγίδα του Wu Tsai Institute of Neurosciences, φέρνοντας κοντά νευροεπιστήμονες, χημικούς και μηχανικούς.
Από κοινού, αποδομούν τα νευρωνικά κυκλώματα του πόνου, αναλύουν γονίδια που προκαλούν νευρικές βλάβες και χαρτογραφούν τις εγκεφαλικές συνδέσεις.Το μεγάλο εμπόδιο: η αναπαραγωγή
Για βαθιά κατανόηση της εξέλιξης του εγκεφάλου, τη διάγνωση ανωμαλιών ή τη δοκιμή θεραπειών, απαιτούνταν χιλιάδες πανομοιότυπα δείγματα.
Όμως, τα ευαίσθητα αυτά «κομμάτια εγκεφάλου» είχαν την τάση να συγχωνεύονται μεταξύ τους, καταστρέφοντας κάθε σχέδιο μαζικής παραγωγής.
Πρόσφατα, μια ομάδα υπό την καθοδήγηση του ψυχιάτρου Sergio Paska και της επιστήμονος υλικών Sarah Heilshorn βρήκε μια κομψή λύση.
Όπως αναφέρει το περιοδικό Nature Biomedical Engineering, το “μυστικό συστατικό” ήταν το xanthan gum – ένας απλός, φτηνός πηκτικός παράγοντας που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων.
Ο Paska, επικεφαλής του προγράμματος οργανογένεσης του εγκεφάλου, τόνισε ότι πλέον μπορούν να παραχθούν με ευκολία 10.000 αντίγραφα. Ακολουθώντας την αρχή της ανοιχτής επιστήμης, η ομάδα δημοσίευσε ελεύθερα τη μέθοδο — και ήδη δεκάδες εργαστήρια ανά τον κόσμο την εφαρμόζουν.
Από τα πρώτα βήματα ως την παγκόσμια κλίμακα
Πριν από δώδεκα χρόνια, ο Paska είχε επινοήσει την τεχνική μετατροπής βλαστοκυττάρων σε τρισδιάστατους ιστούς — τα πρώτα organoids.
Τότε υπήρχαν μόλις οκτώ ή εννέα δείγματα, στα οποία έδινε ονόματα από μυθικές μορφές.
Σήμερα, οι φιλοδοξίες είναι πολύ μεγαλύτερες: να κατανοηθεί πώς διαταραχές όπως ο αυτισμός ή το σύνδρομο Timothy επηρεάζουν την ανάπτυξη του εγκεφάλου, και πώς δρουν τα φάρμακα σε αυτά τα μοντέλα.
Για κάτι τέτοιο, χρειαζόταν ένας “στρατός” πανομοιότυπων εγκεφαλικών μοντέλων.
Ο Paska συνειδητοποίησε ότι μια τέτοια πρόοδος απαιτούσε «συμμαχία μυαλών».
Έτσι, συνεργάστηκε με τον βιομηχανικό μηχανικό Karl Deisseroth από το Woods Institute, δημιουργώντας ένα κοινό πρόγραμμα υπό τη χορηγία του προγράμματος Big Ideas in Neuroscience.
Η λύση της “κόλλας”
Η συγκόλληση των organoids αποδείχτηκε δίκοπο μαχαίρι: από τη μία, επέτρεπε τη “σύνδεση” διαφορετικών εγκεφαλικών τμημάτων — για παράδειγμα, μιας παρεγκεφαλίδας με τον νωτιαίο μυελό — προσομοιώνοντας πολύπλοκα νευρωνικά δίκτυα.
Από την άλλη, για αξιόπιστες δοκιμές και έλεγχο φαρμάκων, χρειαζόταν μαζική παραγωγή.
Η ομάδα της Heilshorn δοκίμασε 23 βιοσυμβατά υλικά, επιλέγοντας όσα ήταν φτηνά και εύχρηστα, ώστε να μπορούν να αναπαραχθούν από άλλους επιστήμονες.
Τα organoids “ωριμάζουν” σε θρεπτικό διάλυμα για έξι ημέρες, στη συνέχεια προστίθεται το υλικό και περιμένουν 25 ημέρες, μετρώντας τα δείγματα που επιβιώνουν.
Η κόμμι ξανθάνης ή xanthan gum, ακόμα και σε μικροποσότητες, τα διαχώρισε χωρίς να επηρεάζει την ανάπτυξή τους – και απεδείχθη ιδανική για καθαρά επιστημονικά δεδομένα.
Πείραμα-ορόσημο
Για να αποδείξει την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, η ερευνήτρια Genta Narazaki καλλιέργησε 2.400 μοντέλα εγκεφάλου και τα εξέθεσε σε 298 φάρμακα εγκεκριμένα από τον FDA.
Μαζί με τη Yuka Mira, από την ομάδα του Paska, ανακάλυψαν ότι ορισμένα φάρμακα, συμπεριλαμβανομένων αντικαρκινικών για τον μαστό, επιβραδύνουν την ανάπτυξη — ένδειξη κινδύνου για τα έμβρυα.
Ο Paska συνόψισε: «Ένας μόνο ειδικός κατάφερε να διαχειριστεί χιλιάδες δείγματα και σχεδόν τριακόσιες δοκιμές — η αποτελεσματικότητα είναι προφανής».
Τώρα, η έρευνα εστιάζει στη θεραπεία του αυτισμού, της επιληψίας και της σχιζοφρένειας.
«Χωρίς μαζική κλίμακα, δεν υπάρχει πρόοδος», τόνισε χαρακτηριστικά.
