Vzgajanje človeških možganskih celic v laboratoriju je zadnjih nekaj let v hitrem vzponu. Na ameriški univerzi John Hopkins (JH) niso prvi, ki jim je uspelo v petrijevki iznegovati funkcionalno kepo nevronov - poznamo vsaj tri poprejšnje zelo odmevne dosežke. So pa ustvarili laboratorijski model človeških možganov, ki ga lahko proizvajajo kot "po tekočem traku", do tisoče kosov naenkrat, in ki bi lahko postali standardni "laboratorijski možgani" za preiskave po vsem svetu, so sporočili z Bloombergove šole za javno zdravstvo na JH-ju.

Kako so to storili? Nekaj zdravim, odraslim ljudem so odvzeli kožne celice in jih z mešanico kemikalij pretvorili v matične celice. Te so pluripotentne, kar pomeni, da se lahko razvijejo v tako rekoč katero koli tkivo človeškega telesa. Raziskovalci so jih s posebnimi signali spodbudili, da so izbrale nevronsko razvojno pot.

Postopek reprogramiranja v matične celice je razvil japonski znanstvenik Šinja Jamanaka, ki je za preboj skupaj z Britancem Johnom Gurdonom leta 2012 prejel Nobelovo nagrado za medicino.

Američani so nato celice gojili v gojišču s kisikom in hranili ter pustili, da so se množile in razvijale dva meseca. Obliko je zagotavljala posebna gelasta gojitvena podlaga. Rezultat je ravno dovolj velik skupek, da ga lahko vidimo s prostim očesom, 350 mikrometrov oziroma premer očesa navadne hišne muhe.

Lahko bi se množile še dlje, a tkivo ne bi doseglo prav veliko večjega obsega, saj hranilne snovi ne bi mogle prodreti dovolj globoko vanj. Za to bi "mini možgani" potrebovali žilje, in ker le-tega nimajo, jih tudi ne moremo poimenovati organ, temveč le skupek tkiva.

Kaj zmorejo "mini možgani"
Znotraj skupka so se razvili štirje različni tipi možganskih celic (nevronov) in dva tipa podpornih celic: astrociti, torej krvno-možganske pregrade, in oligodendrociti. Ti so po opažanjih JH-ja že začeli proizvajati izolacijski material mielin, ki se je začel ovijati okoli nevritov, "anten" živčnih celic. Še več: raziskovalci so "mini možgane" postavili na merilno napravo iz elektrod in jih opazovali. Ugotovili so, da so ti samodejno začeli proizvajati električno napetost. Živčne celice so začele spontano komunicirati druga z drugo v obliki električnih signalov.

Poligon za preizkušanje zdravil
Zadeva lahko postane zelo uporabna, sporočajo z univerze. Najprej zato, ker lahko proizvedejo po sto takšnih standardnih testnih primerkov v eni sami petrijevki. Nato zato, ker lahko na njih testirajo učinke različnih kemikalij ali zdravil. To je ena največjih ovir znanosti o možganih: testiranje na ljudeh je nemogoče oziroma zelo, zelo omejeno. Če bi tvegana zdravila preizkušali na določeni osebi, bi ji lahko nepovratno uničile dele možganov ali celo življenje. Nevroni se namreč načeloma ne obnavljajo.

Drugič, takšni vzorci so lahko uporaben poligon za gensko testiranje. Osnovni vzorec kože lahko namreč odvzamejo osebam z alzheimerjevo ali parkinsonovo boleznijo in morebitno gensko okvaro replicirajo tudi v "mini možganih". Isto korist vidijo tudi za multiplo sklerozo in avtizem. Ne nazadnje, tudi za raziskave mikroencefalije, predvsem način povezanosti z virusom Zika.
"Ne trdimo, da imamo prvi možganski model, niti da imamo najboljšega. Je pa najbolj standardiziran. In ko testiraš zdravila, je nujno, da so vzorci med seboj kar se da podobni, da so lahko končni izidi primerljivi," je izjavil vodja raziskave Thomas Hartung.

Manj mrtvih miši
Veliko možganskih raziskav se izvaja na laboratorijskih živalih tako zaradi etičnih zadržkov raziskav na ljudeh kot zaradi cene. Če bi "mini možgani" postali standard po svetu, bi s tem analitično smrt prihranili stotinam tisočev primerkov, navajajo na JH-ju. Poleg tega bi bile lahko še kakovostnejše: le za manjši del "mišjih" raziskav se na koncu izkaže, da veljajo tudi za človeka.

"95 odstotkov zdravil, ki se na glodavcih izkažejo kot obetavne, pade na človeku," je izjavil Hartung. "Modeli na osnovi glodavcev so uporabni, toda ljudje pač nismo 70-kilogramske podgane. Tudi kepe celic nismo, toda informacije, ki jih pridobimo od njih, so pogosto precej bolj uporabne kot tiste od miši," je nadaljeval.

Z raziskavami na podganah so denimo ugotovili, da se lahko možgane obnavlja z matičnimi celicami.

Poprejšnje raziskave
Lansko poletje so prav tako ameriški raziskovalci z Ohio State University vzgojili še večji primerek laboratorijskih človeških možganov, velik kot radirka. Bil je le eden, toda primerljiv z osnovo možganov, kakršno bi našli v 5 tednov starem zarodku. Poimenovali so ga organoid, saj je bil precej bolj diferenciran - imel je že nastavke za razvoj številnih različnih tkiv. Denimo, zametke hrbtenjače, vseh glavnih območij možganov, veznega tkiva za komunikacijo in celo retino, nastavek za mrežnico z vidnim živcem. Toda tako kot v zgornjem primeru tudi tukaj ni razvitega kardiovaskularnega sistema. Organoid so vzgajali 15 tednov in v prihodnosti bodo v Ohiu iskali metodo, kako poskrbeti, da se v tem tkivu razvije tudi krvožilje.

Za grah veliko strukturo, ki naj bi bila podobna možganom 9-tedenskega ploda, so leta 2013 vzgojili na avstrijskem institutu za molekularno biologijo (IMBA), izide pa objavili v reviji Nature. Tudi ta primer je izkazal razvoj hipokampusa, možganske skorje in drugih struktur. "Živeti" so ga pustili kar eno leto, toda zaradi pomanjkanja biološkega podpornega sistema ni dosegel velikosti več kot štiri milimetre.

Takšen razvoj vzbuja vprašanje definicije človeka oziroma osebe. Če namreč človekova zavest nastaja kot skupek električnih signalov v možganih ter tamkajšnjih kemičnih reakcij, kaj bi se zgodilo, če bi znanstvenikom naposled uspelo v takšne laboratorijske primerke napeljati tudi kardiovaskularni sistem in jih v polnosti razviti? Do takšnega razvoja pa je najbrž še izjemno dolgo, ne nazadnje zato, ker so možgani ena najbolj zapletenih "naprav" sploh.

Veliko evropsko znanstveno sodelovanje že dolgo poskuša posnemati delovanje človeških možganov, a do zdaj mu je uspelo doseči le kratko računalniško simulacijo izjemno tankega režnja mišjih možganov.