Hodowane komórki mózgowe regenerują uszkodzenia po udarze lub urazie

Naukowcy przeszczepili wcześniej hodowane komórki mózgowe, a dokładniej pęcherzyki ludzkiej tkanki mózgowej do mózgów szczurów. Jak twierdzą praca może przyczynić się doń odkrycia nowej metody leczenia urazów mózgu.

.Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwanii opracowali nową metodę odbudowy uszkodzeń mózgu, powstałych w wyniku udaru lub urazu. Do naprawy potrzebne byłyby własne komórki mózgowe pacjenta, które wcześniej miałyby być rozmnażane w laboratorium. Podczas badania naukowcy wprowadzili organoidy ludzkiego mózgu – czyli kulki neuronów wielkości ziarnka sezamowego – do mózgu szczura. Doświadczenie udowodniło, że organoidy były w stanie zintegrować się z mózgiem szczura, połączyć się z jego układem krwionośnym i wejść w naturalną komunikację z jego neuronami. Naukowcy pracujący nad eksperymentem uważają, że w przyszłości podobne zabiegi będą mogły pomóc w naprawie uszkodzeń ludzkiego mózgu, spowodowanych udarem lub urazem.

Ponadto badacze wykazali, że neurony hodowane w odpowiednich warunkach zaczynają tworzyć maleńkie struktury przypominające mózg. Pozwala to naukowcom badać rozwój mózgu – a także nieprawidłowości w jego rozwoju, takie jak autyzm. Badanie może pozwolić też odpowiedzieć na szereg pytań z dziedziny neuronauki.

Nowa praca jest pierwszym dowodem na to, że wyhodowana w laboratorium tkanka mózgowa może być z powodzeniem wszczepiona w miejsce urazu w celu naprawy uszkodzenia w mózgu dorosłego człowieka. W przyszłości technika ta może mieć zastosowanie kliniczne.

Przebieg eksperymentu

.Współautor badania, Isaac Chen, lekarz (Uniwersytet Pensylwanii) i jego współpracownicy hodowali organoidy ludzkiego mózgu w naczyniu, aż osiągnęły średnicę około 1,5 mm. Paty tkanki zostały następnie przeszczepione do mózgów dorosłych szczurów, które doznały urazów kory wzrokowej. W ciągu trzech miesięcy przeszczepione organoidy zintegrowały się z mózgiem gospodarza i połączyły się z jego krwiobiegiem. Równocześnie organoidy, powiększyły się do kilkukrotnie – w stosunku do objętości początkowej. Komórki szczura reagowały też na projekcje, co oznacza, że organoidy połączyły się z neuronami szczura.

„Nie spodziewaliśmy się zobaczyć tego stopnia funkcjonalnej integracji tak wcześnie […] To sugeruje, że przeszczep tkanki neuronowej w mózgu dorosłego ssaka, zwłaszcza takiego, który doświadczył urazu, naprawdę może realnie pomóc w naprawie neuronów” – powiedział Isaac Chen.

Naukowcy nie doszli jeszcze do wniosku, czy przeszczepiona tkanka poprawiła funkcjonalność organizmów szczurów. Testy wykazały jednak, że ludzkie neurony (neurony z nowo przeszczepionej tkanki ludzkiej) wysłały sygnały elektryczne, gdy szczury były narażone na migające światła. Jak wskazał Isaac Chen ta obserwacja doprowadziła naukowców do jeszcze jednego wniosku: organoidy mogłyby działać jako „puste jednostki przetwarzania”, które mózg mógłby wchłonąć i wykorzystać do odbudowy po urazie. „Poprzez racjonalne wprowadzenie tych zmodyfikowanych jednostek przetwarzania do określonych obszarów uszkodzonego mózgu, zwiększona pojemność obliczeniowa tych obszarów mogłaby spowodować odbudowę sieci mózgowych. Taka sieć byłaby wystarczająca, żeby przywrócić funkcje neurologiczne” – powiedział Isaac Chen.

W teorii spersonalizowane organoidy mózgowe mogłyby być tworzone w laboratorium z własnych komórek pacjenta. Jak wskazał Isaac Chen technika będzie mogła wejść do zastosowania klinicznego najprawdopodobniej za 5-10 lat. „Jesteśmy na samym początku tej podróży” – powiedział współautor badania.

Pracę skomentowała dr Serena Barral – wykładowca neurobiologii rozwojowej na London’s Global University – która nie była zaangażowana w pracę. Opisała ją jako „niesamowitą” demonstrację czystej zdolności adaptacyjnej neuronów. „Jest wiele informacji, które znajdują się w samym DNA i które pozwalają neuronom pracować gdziekolwiek są – czy to w plastikowym pudełku w laboratorium, czy w mózgu” – powiedziała Serena Barral. Jak wskazała, jeśli technika wejdzie do zastosowania klinicznego, to w jakim stopniu mózg będzie naprawiony, będzie prawdopodobnie zależało od tego, jakie funkcje zostały utracone.

Medycyna regeneracyjna a druk 3D

.Od kilkunastu lat medycyna rozwija zastosowanie druku trójwymiarowego do stwarzania precyzyjnych i spersonalizowanych protez, a także organów ludzkich. Na łamach Wszystko co Najważniejsze Sylwia Borska – naukowczyni z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu – tłumaczyła specyfikę procesu tworzenia ludzkich tkanek, dzięki zastosowaniu techniki druku 3D.

„Nadrukowywane warstwa po warstwie komórki, dzięki zastosowaniu odpowiednich żeli naśladujących macierz pozakomórkową, mogą wchodzić w interakcje i różnicować się w różne typy tkanek. Drukarki 3D do tworzenia organów mają specjalne zmodyfikowane podzespoły do druku w skali mikro np. odpowiednie głowice oraz regulowane zawory do precyzyjnego przesyłania płynów. Biodrukarka z reguły posiada 2 dozowniki, w jednym jest bio-tusz, czyli np. komórki macierzyste zawieszone w medium hodowlanym, w drugim specjalny bio-żel, niejako odpowiednik kartki. Druk odbywa się kropla po kropli. Najmniejsze z nich mają objętość 2 nL i zawierają max. 5 komórek. Interesującą modyfikacją są biodrukarki in situ, które drukują skórę bezpośrednio na ranie, obecnie testowane przez prof. Anthonego Atalę. W przyszłości będą idealnym narzędziem służącym leczeniu oparzeń” – tłumaczyła Sylwia Borska.

Jak zaznaczyła Borska, potencjał technologii biodruku 3D jest ogromny. „Dla medycyny regeneracyjnej to wielka szansa, przede wszystkim alternatywa dla tradycyjnej transplantologii, ale również nowe możliwości w przypadku innych dziedzin, których celem jest ratowanie zdrowia i życia ludzi. Oczywiście wiąże się to z koniecznością podjęcia przez poszczególne kraje inicjatyw ustawodawczych regulujących możliwość wykorzystania drukowanych organów w nauce i medycynie, tak aby móc zagwarantować odpowiednią ich jakość oraz właściwe wykorzystanie” – pisała Sylwia Borska.

.Dzisiaj podobną szansą dla medycyny regeneracyjnej wydaje się być przeszczep hodowanych komórek mózgowych.