Mundarija:

Tadqiqotchilar inson miyasini tanadan ajratilgan holda qanday o'rganishadi
Tadqiqotchilar inson miyasini tanadan ajratilgan holda qanday o'rganishadi
Anonim

Olimlar qanday qilib inson miyasining modellarini yaratadilar va bunday tadqiqotlar qanday axloqiy muammolarni keltirib chiqaradi.

Tadqiqotchilar inson miyasini tanadan ajratilgan holda qanday o'rganishadi
Tadqiqotchilar inson miyasini tanadan ajratilgan holda qanday o'rganishadi

Nature jurnali dunyodagi 17 ta yetakchi nevrologlarning jamoaviy maktubida inson miyasi toʻqimalari bilan tajriba oʻtkazish etikasi chop etilgan boʻlib, unda olimlar inson miyasi modellarini ishlab chiqishdagi yutuqlarni muhokama qilgan. Mutaxassislarning qo'rquvi quyidagicha: ehtimol yaqin kelajakda modellar shunchalik rivojlanganki, ular nafaqat strukturani, balki inson miyasining funktsiyalarini ham takrorlay boshlaydi.

"Probirkada" ongga ega bo'lgan asab to'qimalarining bir qismini yaratish mumkinmi? Olimlar hayvonlarning miyasining tuzilishini eng mayda tafsilotlarigacha bilishadi, ammo qaysi tuzilmalar ongni "kodlashi" va uning mavjudligini qanday o'lchash kerakligini hali aniqlay olishmadi, agar biz izolyatsiya qilingan miya yoki uning o'xshashligi haqida gapiradigan bo'lsak.

Akvariumdagi miya

“Tasavvur qiling-a, izolyatsiya qilingan hissiy mahrumlik xonasida uyg'onganingizni tasavvur qiling - atrofda na yorug'lik, na tovush, na tashqi ogohlantirishlar. Faqat sizning ongingiz bo'shliqda osilgan."

Bu Yel universiteti nevrologi Nenad Sestanning uning jamoasi izolyatsiya qilingan cho'chqa miyasini 36 soat davomida tirik ushlab turishga muvaffaq bo'lganligi haqidagi bayonotini sharhlayotgan axloqshunoslarning surati.

Tadqiqotchilar cho'chqa miyalarini tanadan tashqarida saqlab qolishmoqda, bu yil mart oyi oxirida AQSh Milliy Sog'liqni saqlash instituti Etika qo'mitasi yig'ilishida muvaffaqiyatli tajriba haqida hisobot berildi. Uning so'zlariga ko'ra, BrainEx deb nomlangan isitiladigan nasos tizimi va sintetik qon o'rnini bosuvchi vositadan foydalanib, tadqiqotchilar tajribadan bir necha soat oldin so'yishxonada o'ldirilgan yuzlab hayvonlarning ajratilgan miyasiga suyuqlik aylanishini va kislorod yetkazib berishni ta'minladilar.

Milliardlab individual neyronlarning faolligidan kelib chiqqan holda, organlar tirik qoldi. Biroq, olimlar "akvarium" ga joylashtirilgan cho'chqa miyalarida ong belgilari saqlanib qolganmi yoki yo'qligini ayta olmaydi. Elektroansefalogramma yordamida standartlashtirilgan tarzda sinovdan o'tgan elektr faolligining yo'qligi Sestanni "bu miya hech narsadan tashvishlanmasligiga" ishontirdi. Hayvonning izolyatsiya qilingan miyasi komada bo'lgan bo'lishi mumkin, bu, xususan, uni yuvish eritmasining tarkibiy qismlari tomonidan osonlashtirilishi mumkin.

Mualliflar eksperiment tafsilotlarini oshkor etmaydilar - ular ilmiy jurnalda nashr tayyorlamoqda. Shunga qaramay, hatto Sestanning batafsil ma'ruzasi ham katta qiziqish uyg'otdi va texnologiyani yanada rivojlantirish bo'yicha ko'plab mish-mishlarni uyg'otdi. Ko'rinishidan, miyani saqlab qolish boshqa organlarni, masalan, yurak yoki buyrakni transplantatsiya qilish uchun saqlab qolishdan ko'ra texnik jihatdan qiyinroq emas.

Bu nazariy jihatdan inson miyasini ozmi-ko'pmi tabiiy holatda saqlab qolish mumkinligini anglatadi.

Izolyatsiya qilingan miyalar, masalan, giyohvand moddalarni tadqiq qilish uchun yaxshi model bo'lishi mumkin: axir, mavjud tartibga solish cheklovlari alohida organlarga emas, balki tirik odamlarga tegishli. Biroq, axloqiy nuqtai nazardan, bu erda ko'plab savollar tug'iladi. Hatto miya o'limi masalasi tadqiqotchilar uchun "kulrang maydon" bo'lib qolmoqda - rasmiy tibbiy mezonlar mavjudligiga qaramay, bir qator shunga o'xshash sharoitlar mavjud bo'lib, ulardan normal hayot faoliyatiga qaytish hali ham mumkin. Miyaning tirikligini ta'kidlaganimizda, vaziyat haqida nima deyishimiz mumkin. Agar tanadan ajratilgan miya shaxsiy xususiyatlarning bir qismini yoki barchasini saqlab qolishda davom etsa-chi? Keyin maqolaning boshida tasvirlangan vaziyatni tasavvur qilish juda mumkin.

Rasm
Rasm

Ong yashiringan joyda

20-asrning 80-yillarigacha olimlar orasida ruhni tanadan ajratib turuvchi dualizm nazariyasi tarafdorlari boʻlganiga qaramay, bizning zamonamizda hatto psixikani oʻrganuvchi faylasuflar ham biz ong deb ataydigan hamma narsa vujudga kelishiga rozi boʻlishadi. moddiy miya tomonidan (tarix Savolni batafsilroq o'qish mumkin, masalan, ushbu bobda "Ong qayerda: muammo tarixi va izlanish istiqbollari" Nobel mukofoti laureati Erik Kandelning "Xotira izlashda" kitobidan).

Bundan tashqari, funktsional magnit-rezonans tomografiya kabi zamonaviy texnikalar yordamida olimlar muayyan aqliy mashqlar paytida miyaning qaysi sohalari faollashganini kuzatishi mumkin. Shunga qaramay, umuman olganda ong tushunchasi juda efemerdir va olimlar hali ham miyada sodir bo'ladigan jarayonlar majmui bilan kodlanganmi yoki buning uchun ma'lum neyron korrelyatsiyalar javobgarmi yoki yo'qmi degan fikrga kelishmaydi.

Kandel o'z kitobida aytganidek, jarrohlik yo'li bilan ajratilgan miya yarim sharlari bo'lgan bemorlarda ong ikkiga bo'linadi, ularning har biri dunyoning mustaqil rasmini idrok etadi.

Neyroxirurgik amaliyotdagi bu va shunga o'xshash holatlar, hech bo'lmaganda, ongning mavjudligi uchun nosimmetrik tuzilish sifatida miyaning yaxlitligi shart emasligini ko'rsatadi. Ba'zi olimlar, shu jumladan DNK tuzilishini kashf etuvchi Frensis Krik, umrining oxirida nevrologiyaga qiziqib qolgan, ongning mavjudligi miyadagi o'ziga xos tuzilmalar bilan belgilanadi, deb hisoblashadi.

Ehtimol, bu ma'lum neyron zanjirlardir yoki gap miyaning yordamchi hujayralarida - astrositlarda bo'lib, odamlarda boshqa hayvonlarga nisbatan ancha ixtisoslashgan. Qanday bo'lmasin, olimlar allaqachon in vitro ("in vitro") yoki hatto in vivo (hayvonlar miyasining bir qismi sifatida) inson miyasining individual tuzilmalarini modellashtirish darajasiga yetgan.

Bioreaktorda uyg'onish

Inson tanasidan olingan butun miyalar ustida tajribalar qanchalik tez kelishi noma'lum - birinchi navbatda, nevrologlar va axloqshunoslar o'yin qoidalarini kelishib olishlari kerak. Shunga qaramay, Petri idishlari va bioreaktorlardagi laboratoriyalarda uch o'lchovli inson miya madaniyatining yuksalishi allaqachon "katta" inson miyasining tuzilishini yoki uning o'ziga xos qismlarini taqlid qiluvchi "mini-miyalar" ni o'sib bormoqda.

Rasm
Rasm

Embrionning rivojlanish jarayonida uning organlari o'z-o'zini tashkil qilish printsipiga ko'ra, genlarga xos bo'lgan ba'zi bir dastur bo'yicha ma'lum bosqichlargacha shakllanadi. Asab tizimi ham bundan mustasno emas. Tadqiqotchilar shuni aniqladilarki, agar o'zak hujayra madaniyatida ma'lum moddalar yordamida nerv to'qimalarining hujayralariga differensiatsiya qilinsa, bu embrion nerv naychasining morfogenezi paytida sodir bo'lganlarga o'xshash hujayra madaniyatida o'z-o'zidan o'zgarishlarga olib keladi.

Shu tarzda "sukut bo'yicha" qo'zg'atilgan ildiz hujayralari oxir-oqibat miya yarim korteksining neyronlariga differensiallashadi, ammo Petri idishiga tashqaridan signalizatsiya molekulalarini qo'shish orqali, masalan, o'rta miya, striatum yoki orqa miya hujayralarini olish mumkin. Ma'lum bo'lishicha, embrion ildiz hujayralaridan kortikogenezning ichki mexanizmi, xuddi miyadagi kabi, bir nechta neyron qatlamlaridan iborat va yordamchi astrositlarni o'z ichiga olgan idishda, haqiqiy korteksda o'stirilishi mumkin.

Ikki o'lchovli madaniyatlar juda soddalashtirilgan modelni ifodalashi aniq. Nerv to'qimalarining o'z-o'zini tashkil etish printsipi olimlarga tezda sferoidlar va miya organellalari deb ataladigan uch o'lchovli tuzilmalarga o'tishga yordam berdi. To'qimalarni tashkil qilish jarayoniga boshlang'ich sharoitlarning o'zgarishi, masalan, boshlang'ich madaniyat zichligi va hujayraning heterojenligi va ekzogen omillar ta'sir qilishi mumkin. Ba'zi signal kaskadlarining faolligini modulyatsiya qilish orqali organoidda ilg'or tuzilmalarning shakllanishiga erishish mumkin, masalan, yorug'likka sezgir inson miya organoidlaridagi hujayralar xilma-xilligi va tarmoq dinamikasi bilan reaksiyaga kirishadigan retinal epiteliy bilan optik chashka.

Rasm
Rasm

Maxsus tomirdan foydalanish va o'sish omillari bilan davolash olimlarga induktsiyalangan pluripotent ildiz hujayralari - korteksga ega bo'lgan oldingi miya (yarim sharlar) ga to'g'ri keladigan inson miya organoidi yordamida inson kortikal rivojlanishini in vitro modellashtirishni maqsadli ravishda olish imkonini berdi. genlar va markerlarning ifodasi homila rivojlanishining birinchi trimestriga to'g'ri keladi …

Stenfordlik olimlar, Sergiu Paska boshchiligida, 3D madaniyatida inson pluripotent ildiz hujayralaridan Funktsional kortikal neyronlar va astrositlarni ishlab chiqdilar, bu Petri idishida oldingi miyaga taqlid qiladigan bo'laklarni o'stirish usulidir. Bunday "miya" ning o'lchami taxminan 4 millimetrni tashkil qiladi, ammo 9-10 oylik kamolotdan so'ng, bu tuzilishdagi kortikal neyronlar va astrositlar rivojlanishning postnatal darajasiga, ya'ni tug'ilgandan keyin darhol chaqaloqning rivojlanish darajasiga to'g'ri keladi.

Muhimi, bunday tuzilmalarni etishtirish uchun ildiz hujayralari aniq odamlardan, masalan, asab tizimining genetik jihatdan aniqlangan kasalliklari bo'lgan bemorlardan olinishi mumkin. Genetik injeneriya sohasidagi yutuqlar esa olimlar tez orada neandertal yoki Denisovanning miyasining rivojlanishini in vitroda kuzatishi mumkinligini ko‘rsatmoqda.

2013 yilda Avstriya Fanlar akademiyasining Molekulyar biotexnologiya instituti tadqiqotchilari miya organoidlari inson miyasi rivojlanishi va mikrosefaliyasini modellashtiruvchi maqolani chop etishdi, unda bioreaktorda ikki turdagi ildiz hujayralaridan "miniatyura miya" etishtirish tasvirlangan. butun inson miyasining tuzilishi.

Organoidning turli zonalari miyaning turli qismlariga to'g'ri keldi: orqa, o'rta va old, va "old miya" hatto loblarga ("yarim sharlar") ajralishini ko'rsatdi. Muhimi shundaki, hajmi bir necha millimetrdan oshmagan ushbu mini-miyada olimlar faollik belgilarini, xususan, neyronlar ichidagi kaltsiy kontsentratsiyasining o'zgarishini kuzatdilar, bu ularning qo'zg'alish ko'rsatkichi bo'lib xizmat qiladi (batafsil o'qishingiz mumkin). bu tajriba haqida bu yerda).

Olimlarning maqsadi nafaqat miyaning evolyutsiyasini in vitroda ko'paytirish, balki mikrosefaliyaga olib keladigan molekulyar jarayonlarni o'rganish edi - rivojlanish anomaliyasi, xususan, embrion Zika virusi bilan kasallanganda. Buning uchun ish mualliflari bemorning hujayralaridan bir xil mini-miyani yetishtirishgan.

Rasm
Rasm

Ta'sirchan natijalarga qaramay, olimlar bunday organellalar hech narsani amalga oshirishga qodir emasligiga amin edilar. Birinchidan, haqiqiy miya 80 milliardga yaqin neyronlarni o'z ichiga oladi va o'sgan organoid bir necha kichikroq buyurtmalarni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, mini-miya shunchaki jismoniy jihatdan haqiqiy miyaning funktsiyalarini to'liq bajarishga qodir emas.

Ikkinchidan, "in vitro" rivojlanishning o'ziga xos xususiyatlari tufayli uning ba'zi tuzilmalari ancha tartibsiz joylashgan va bir-biri bilan noto'g'ri, fiziologik bo'lmagan aloqalarni hosil qilgan. Agar mini-miya biror narsani o'ylagan bo'lsa, bu biz uchun g'ayrioddiy narsa edi.

Bo'limlarning o'zaro ta'siri muammosini hal qilish uchun nevrologlar miyani "assembloidlar" deb ataladigan yangi darajadagi modellashtirishni taklif qilishdi. Ularning shakllanishi uchun organellalar birinchi navbatda miyaning alohida qismlariga mos keladigan alohida-alohida o'stiriladi va keyin ular birlashtiriladi.

Ushbu yondashuv olimlar qo'shni oldingi miyadan migratsiya yo'li bilan neyronlarning asosiy qismi hosil bo'lgandan keyin paydo bo'ladigan interneyronlar deb ataladigan narsa korteksga qanday qo'shilishini o'rganish uchun funktsional integratsiyalashgan inson oldingi miya sferoidlari assambleyasidan foydalangan. Ikki turdagi nerv to'qimalaridan olingan assembloidlar epilepsiya va autizm bilan og'rigan bemorlarda interneyronlar migratsiyasining buzilishini o'rganishga imkon berdi.

Birovning tanasida uyg'onish

Barcha yaxshilanishlarga qaramay, miyaning naychadagi qobiliyatlari uchta asosiy shart bilan qattiq cheklangan. Birinchidan, ular kislorod va ozuqa moddalarini ichki tuzilmalariga etkazib berishga imkon beruvchi qon tomir tizimiga ega emaslar. Shu sababli, mini-miyalarning hajmi molekulalarning to'qimalar orqali tarqalish qobiliyati bilan cheklangan. Ikkinchidan, ular mikroglial hujayralar bilan ifodalangan immunitetga ega emaslar: odatda bu hujayralar tashqi tomondan markaziy asab tizimiga o'tadi. Uchinchidan, eritmada o'sadigan struktura organizm tomonidan ta'minlangan o'ziga xos mikro muhitga ega emas, bu unga etib boradigan signalizatsiya molekulalarining sonini cheklaydi. Ushbu muammolarni hal qilish kimerik miyaga ega model hayvonlarni yaratish bo'lishi mumkin.

Salk institutining amerikalik olimlari Fred Geyj boshchiligidagi inson miyasi organoidlarining funktsional va qon tomirlarining in vivo modelining yaqinda ishi inson miya organellasi (ya'ni mini-miya) sichqonchaning miyasiga integratsiyalashuvini tasvirlaydi.. Buning uchun olimlar birinchi navbatda ildiz hujayralari DNKsiga yashil lyuminestsent oqsil genini kiritdilar, shunda rivojlanayotgan asab to'qimalarining taqdirini mikroskop yordamida kuzatish mumkin edi. Ushbu hujayralardan organoidlar 40 kun davomida o'stirildi, keyin ular immunitet tanqisligi bo'lgan sichqonchaning retrosplenal korteksidagi bo'shliqqa joylashtirildi. Uch oy o'tgach, hayvonlarning 80 foizida implant ildiz otdi.

Sichqonlarning kimerik miyalari sakkiz oy davomida tahlil qilindi. Ma'lum bo'lishicha, lyuminestsent oqsilning lyuminestsensiyasi bilan osongina ajralib turadigan organoid muvaffaqiyatli integratsiyalashgan, tarmoqlangan tomirlar tarmog'ini hosil qilgan, aksonlarni o'stirgan va mezbon miyaning asab jarayonlari bilan sinapslar hosil qilgan. Bundan tashqari, mikrogliya hujayralari xostdan implantga o'tdi. Nihoyat, tadqiqotchilar neyronlarning funktsional faolligini tasdiqladilar - ular elektr faolligini va kaltsiydagi tebranishlarni ko'rsatdilar. Shunday qilib, insonning "mini-miyasi" sichqoncha miyasining tarkibiga to'liq kirdi.

Rasm
Rasm

Ajablanarlisi shundaki, inson asab to'qimalarining bir qismining integratsiyasi eksperimental sichqonlarning xatti-harakatlariga ta'sir qilmadi. Fazoviy o'rganish bo'yicha o'tkazilgan testda kimerik miyaga ega sichqonlar oddiy sichqonlar bilan bir xil ishladilar va hatto undan ham yomonroq xotiraga ega edilar - tadqiqotchilar buni implantatsiya uchun miya yarim korteksida teshik ochganlari bilan izohladilar.

Shunga qaramay, bu ishning maqsadi inson ongi bilan aqlli sichqonchani olish emas, balki turli xil biomedikal maqsadlar uchun qon tomir tarmog'i va mikro muhit bilan jihozlangan inson miya organellalarining in vivo modelini yaratish edi.

2013-yilda Rochester universitetidagi Translational neyromeditsina markazi olimlari tomonidan kattalar sichqonlarida sinaptik plastisiyani va o‘rganishni kuchaytiradigan odamning glial progenitori hujayralari tomonidan oldingi miya o‘yma usulida mutlaqo boshqa turdagi tajriba o‘tkazildi. Yuqorida aytib o'tilganidek, insonning yordamchi miya hujayralari (astrositlar) boshqa hayvonlar, xususan, sichqonlarnikidan juda farq qiladi. Shu sababli, tadqiqotchilar astrositlar inson miya funktsiyalarini rivojlantirish va saqlashda muhim rol o'ynashini taklif qilishadi. Kimerik sichqon miyasi inson astrositlari bilan qanday rivojlanishini tekshirish uchun olimlar sichqon embrionlari miyasiga yordamchi hujayra prekursorlarini ekdilar.

Ma'lum bo'lishicha, kimerik miyada odam astrositlari sichqonlarga qaraganda uch barobar tezroq ishlaydi. Bundan tashqari, kimerik miyaga ega sichqonlar ko'p jihatdan odatdagidan ancha aqlli bo'lib chiqdi. Ular tezroq o'ylash, yaxshiroq o'rganish va labirintda harakat qilish qobiliyatiga ega edilar. Ehtimol, kimerik sichqonlar odamlar kabi o'ylamagan, lekin, ehtimol, ular o'zlarini evolyutsiyaning boshqa bosqichida his qilishgan.

Biroq, kemiruvchilar inson miyasini o'rganish uchun ideal modellardan uzoqdir. Gap shundaki, odamning asab to'qimasi qandaydir ichki molekulyar soatga ko'ra yetiladi va uning boshqa organizmga o'tishi bu jarayonni tezlashtirmaydi. Sichqonlar bor-yo'g'i ikki yil yashashini va inson miyasining to'liq shakllanishi bir necha o'n yil davom etishini hisobga olsak, kimerik miya formatidagi har qanday uzoq muddatli jarayonlarni o'rganish mumkin emas. Ehtimol, nevrologiyaning kelajagi hali ham akvariumlardagi inson miyasiga tegishlidir - bu qanchalik axloqiy ekanligini bilish uchun olimlar ongni o'qishni o'rganishlari kerak, va zamonaviy texnologiya tez orada buni amalga oshirishga qodir ko'rinadi.

Tavsiya: