Ved at smelte forskellige menneskelige organoider har forskere skabt “mini-hjerne”, der indeholder de fleste af de celletyper, der findes i føtal hjerner
Hjerneorganoider, der stammer fra humane embryonale stamceller, der dyrkes i laboratoriet
Human “mini-hjerne”, der indeholder 80 procent af celletyperne i en 40-dages gammel føtal hjerne, er blevet skabt ved at smelte forskellige organoider sammen.
”Vi kommer til det punkt, at vi kommer tættere på føtal hjernen,” siger Annie Kathuria ved Johns Hopkins University i Maryland. Årsagen til at gøre dette er at skabe organoider, der er bedre egnet til at studere tilstande som autisme og skizofreni, hvilket er svært at gøre hos dyr, siger hun.
”Hvis vi ønsker at gøre sygdom, toksikologi eller miljøundersøgelser på en hjerne i en skål, bør vi få den så tæt som muligt på den (menneskelige) hjerne,” siger Kathuria. ”Jeg vil sige, at det er lidt bedre end en mus, lidt mindre end et menneske. Det er et sted imellem. ”
Disse strukturer, som teamet kalder multi-region hjerneorganoider, er stadig ikke i nærheden af en rigtig menneskelig hjerne, siger Kathuria. ”Vi er meget langt væk fra at komme til det punkt, hvor vi er nødt til at bekymre os om, at dette udvikler bevidsthed eller smerte eller intelligens.”
I de sidste to årtier er det blevet muligt at dyrke miniatyrversioner af mange humane organer ved at sætte stamceller under de rigtige kemiske og fysiske forhold. I 2013 voksede et team, der inkluderede Madeline Lancaster ved MRC -laboratoriet for molekylærbiologi i Cambridge, UK, menneskelige hjerneorganoider for første gang.
Både dyre- og menneskelige hjerneorganoider er nu vidt brugt til forskning. Et par grupper forsøger endda at omdanne dem til levende kunstige intelligensprocessorer til udførelse af forskellige opgaver.
Ud over at indeholde langt færre neuroner generelt består hjerneorganoider imidlertid også af kun en lille brøkdel af de celletyper, der findes i en normal hjerne, hvilket gør dem mere som miniatyrversioner af specifikke hjerneområder end hele organet.
De vokser heller aldrig mere end et par millimeter brede, fordi cellerne i midten i midten begynder at dø, når de bliver større, uden blodkar til at levere ilt.
Kathurias team er en af flere, der prøver at løse disse problemer ved at smelte forskellige organoider sammen. Forskerne genererede to slags hjerneorganoider fra cerebrale og baghjernceller plus en epitelialorganoid, da disse celler danner blodkar, blandt andet.
Efter 20 dage blev de tre organoider – hver mindre end en millimeter på tværs – bragt i kontakt, hvilket resulterede i fusion. Nogle celler flyttede fra en organoid ind i en anden, så de blandede til en vis grad.
Holdet gentog eksperimenterne med stamceller fra tre individer, men hver smeltet organoid blev afledt af en enkelt persons celler.
Fusionerende organoidtyper på denne måde er bestemt en spændende tilgang, siger Lancaster, der ikke var involveret i undersøgelsen. Men andre hold har skabt smeltede organoider – undertiden kaldet Assembloids – med et lignende niveau af raffinement, siger Lancaster.
Ud over at skabe de fleste af de celletyper, der blev set i tidlige fosterhjerner, så teamet også de tidlige stadier af epitelceller, der spirede i blodkar, siger Kathuria. Holdet arbejder nu på at give en form for væskebevægelse for at tilskynde til deres udvikling. ”Vi samarbejder med ingeniører for at begynde at generere strømmen i systemet,” siger hun.
Indtil videre har intet team formået at skabe hjerneorganoider med arbejdende blodkar, siger Lancaster.
På et tidspunkt er det videnskabelige samfund nødt til at beslutte et afskæringspunkt, ud over hvilken videreudvikling af hjerneorganoider er uetisk, siger Kathuria. Men det er måske 10 år, før teknologien kommer til det stadie, siger hun.