Cortexuri umane generate în laborator de un cercetător român de la Stanford – interviu cu Sergiu PAŞCA

Ce-aţi spune dacă un cercetător v-ar preleva cîteva celule epiteliale şi, cîteva săptămîni mai tîrziu, v-ar invita să vă admiraţi cortexul în miniatură, ciripind vesel pe o plăcuţă de laborator? În urmă cu nu mai mult de şapte-opt ani, Sergiu Paşca îşi alimenta curiozitatea ştiinţifică pe băncile Universităţii de Medicină şi Farmacie „Iuliu Haţieganu“ din Cluj-Napoca. În luna mai a acestui an, prestigioasa revistă ştiinţifică Nature Methods i-a publicat un studiu în care prezintă o metodă revoluţionară de generare în laborator a unui cortex uman funcţional. Cortexurile sferoidale generate din celule stem sînt active electric şi pot fi obţinute de la orice pacient, deschizînd noi orizonturi de cercetare a tulburărilor neuropsihiatrice ca autismul şi schizofrenia. În 2011, Sergiu Paşca a făcut parte din echipa de cercetători care a reuşit în premieră să obţină în laborator neuroni din celule stem induse din piele pentru a studia anomaliile neuronale asociate cu autismul. Recent, cercetătorul român, profesor şi investigator principal la Stanford, unde conduce propriul laborator – „Pasca Lab“ –, a obţinut, pe lîngă numeroase alte recunoaşteri internaţionale, MQ Fellow Award for Transforming Mental Health şi Baxter Faculty Scholar Award. Forţa şi promisiunea acestei noi metode, salutate şi de Institutul Naţional de Sănătate Mintală din Statele Unite, sînt extraordinare, avînd potenţial direct de a lărgi sfera opţiunilor terapeutice oferite pacienţilor cu tulburări mintale. Datorită muncii echipei conduse de dr. Sergiu Paşca, alţi cercetători vor putea, prelevînd celule epiteliale de la orice pacient, să reconstruiască dezvoltarea creierului pacienţilor în laborator pentru a-şi da seama exact ce paşi ai dezvoltării au fost diferiţi şi cum ar putea fi corectaţi. Deoarece acesta e visul oricărui neurobiolog – să studieze direct neuroni care transmit impulsuri –, l-am întrebat pe cercetătorul român cum e să îţi petreci ziua de muncă înconjurat de mini-cortexuri vii pe care tot tu le-ai creat. 

Medicina a progresat într-un mod care ar fi fost greu de imaginat în urmă cu doar 100 de ani. Însă descoperirile din domeniul neuroştiinţelor sînt cele care ne dau tot mai mult senzaţia că viaţa începe să ţină pasul cu literatura ştiinţifico-fantastică. Cum v-a venit ideea de a încerca să construiţi, în laborator, cortexuri funcţionale? 

Progresul accelerat din medicină nu este, din nefericire, distribuit uniform în toate ramurile medicale. Să luăm ca exemplu oncologia şi psihiatria. În ultimele decenii am asistat la o adevărată revoluţie în înţelegerea mecanismelor şi în tratarea cancerului. Multe dintre cancere pot fi acum rapid diagnosticate şi complet vindecate. Mai mult, deseori se pot identifica tratamente personalizate, în sensul că tumorile pot fi extirpate sau biopsiate, caracterizate la nivel genomic, şi acest profil molecular poate uneori facilita selectarea medicamentului optim pentru tratament. În comparaţie cu oncologia, psihiatria a rămas în urmă cu multe decenii. Bolile mentale sînt încă diagnosticate folosind criterii comportamentale, aşa cum făceam în secolul al XIX-lea, cînd multe dintre aceste boli au fost descrise şi catalogate. Ca medic, este foarte frustrant să realizezi că avem la dispoziţie un arsenal foarte restrîns de medicamente cu care să ameliorăm bolile psihiatrice, iar tratamentul bolilor sistemului nervos central încă are una dintre cele mai mici rate de succes în

-urile clinice. Una dintre cauzele progresului lent în acest domeniu medical este faptul că nu putem accesa direct creierul uman la nivel celular şi molecular. Ca urmare, înţelegerea mecanismelor ce duc la apariţia şi dezvoltarea unor boli ca autismul sau schizofrenia este foarte limitată, în pofida unor eforturi susţinute din partea comunităţii ştiinţifice. Deşi avem metode neinvazive de a captura activitatea sistemului nervos, cum ar fi electroencefalografia (EEFG) sau rezonanţa magnetică nucleară (RMN), nu putem „asculta“ activitatea individuală a neuronilor sau cea a circuitelor nervoase. Ca urmare, dacă nu putem preleva non-invaziv o biopsie de creier pentru a studia o anumită boală psihiatrică, întrebarea este dacă am putea să recreăm, în mod non-invaziv şi utilizînd celulele pacientului, o „biopsie cerebrală în laborator“. 

Cît de important este pentru cercetători să aibă acces direct la ţesutul neuronal? În ce măsură oferirea acestui tip de acces poate avea un impact semnificativ în studierea funcţionării sau disfuncţiilor cerebrale? 

În ultimii ani, genetica bolilor psihiatrice a făcut progrese incredibile. Acum avem liste lungi de gene ale căror anomalii pot facilita sau cauza apariţia multor boli neuropsihiatrice. Problema majoră pe care o avem acum este să înţelegem exact ce rol au aceste gene în sistemul nervos central şi cum duc la apariţia bolii, cu scopul de a identifica noi mijloace terapeutice. În momentul actual, este posibilă modificarea acestor gene la animale de laborator pentru a studia consecinţele comportamentale şi celulare. Însă modelarea simptomelor bolilor psihiatrice la rozătoare este problematică. De exemplu, nu e uşor să dovedeşti că un şoricel cu o anumită mutaţie genetică are halucinaţii. De aceea este esenţial să studiem rolul acestor gene în neuroni umani. Capacitatea de a creşte neuroni de la pacienţi în plăcuţe de laborator permite nu doar identificarea anomaliilor funcţionale ale acestor celule, ci şi testarea sistematică, pe scară largă, de noi medicamente. 

Ce tulburări neuropsihiatrice vor putea fi studiate graţie studiului coordonat de dumneavoastră? 

În principiu, orice boală a sistemului nervos poate fi studiată cu acest model experimental. Pentru moment, laboratorul meu de la Universitatea Stanford se concentrează pe pacienţi cu mutaţii genetice care prezintă risc crescut pentru autism şi schizofrenie.

Ce speraţi cînd aţi demarat această cercetare şi ce aţi aflat pe traseu?

În studiul publicat în

(prin autorii Anca Paşca şi Steven Sloan), am arătat că, pornind de la celule pluripotente, putem obţine în plăcuţe de laborator ţesut uman cerebral funcţional. Celulele pluripotente sînt celule care au capacitatea de a se diferenţia în orice ţesut atunci cînd sînt crescute în anumite condiţii. Datorită noilor tehnici de reprogramare celulară, putem acum obţine celule pluripotente pornind de la orice celulă din organism. Cu alte cuvinte, putem lua sînge sau o mică biopsie din piele şi, utilizînd o serie de factori de transcripţie genetici, putem „întoarce înapoi în timp“ celulele respective, astfel încît să dobîndească proprietăţi de celule stem. În articol, am detaliat o abordare nouă de a ghida şi diferenţia aceste celule pluripotente în culturi celulare tridimensionale, care în final se organizează, în laborator, într-un cortex cerebral uman. Cortexul cerebral, organizat în şase straturi la suprafaţa creierului, este porţiunea cea mai complexă a sistemului nervos şi are un rol esenţial în memorie, atenţie, limbaj şi gîndire. Utilizînd o serie de condiţii de laborator şi factori de creştere, am reuşit ca după aproximativ zece săptămîni de cultură în plăcuţe, să obţinem sfere de aproximativ 4-5 mm în diametru, care seamănă, la nivel de expresie genică, cu un cortex fetal uman la săptămîna 20 de gestaţie. Aceste sfere corticale plutesc în mediu, iar înăuntru se pot observa neuroni aranjaţi în straturi la fel ca în cortex. Mai mult, printre neuroni există celulele gliale de suport numite astrocite. Ceea ce a fost cu adevărat fascinant a fost să observăm că aceste sfere cerebrale sînt foarte active electric – neuronii formează sinapse şi comunică între ei. Pentru prima dată, am reuşit să aplicăm o tehnică de secţionare a creierului folosită la rozătoare şi să studiem reţelele neuronale din sferele corticale prin stimulare electrică şi înregistrare concomitentă a reacţiei electrice în interiorul neuronilor. Însă ceea ce merită subliniat este că aceste cortexuri sferoidale pot fi obţinute în laborator de la orice pacient. Această abordare experimentală deschide posibilităţi de a studia bolile sistemului nervos cu o platformă celulară personalizată. 

După cortex ar putea urma şi alte tipuri de ţesut cerebral? 

În primul rînd, dorim să optimizăm cît mai mult metoda curentă, dar în acelaşi timp lucrăm la generarea de alte regiuni ale creierului, în special cele implicate în bolilele de neurodezvoltare. 

Vedeţi posibile pe viitor şi aplicaţii de tip transplant pentru pacienţi cu leziuni cerebrale? 

Pentru bolile de neurodezvoltare, precum autismul, ADHD-ul sau schizofrenia, nu există momentan o indicaţie de transplant. Momentan, ştim foarte puţin despre celulele neuronale specific afectate în aceste boli. Însă pentru boli de neurodegenerare, precum demenţa Alzheimer, boala Parkinson sau bolile asociate cu leziuni localizate, ar exista potenţial la un moment dat în viitor. Dar mai sînt multe de înţeles şi numeroase îmbunătăţiri de făcut înainte de a plănui astfel de experimente. 

Subiectul lipsei de opţiuni terapeutice pentru pacienţii cu tulburări neuropsihiatrice v-a preocupat intens în ultimii ani. Ce perspective de tratament deschide acest studiu? 

Sperăm ca această metodă să faciliteze identificarea anomaliilor neuronale asociate cu diferite forme de autism. Personal, sînt optimist că în următorii zece ani vom avea date biologice pentru a identifica subforme de autism. Odată ce avem un catalog de anomalii celulare, putem testa sistematic substanţe chimice pentru a identifica potenţiale medicamente. 

Lumea cercetării ştiinţifice pare adesea izolată, inaccesibilă, privind oamenii ca pe nişte subiecţi de cercetare. În ce vă priveşte, aţi primit numeroase premii şi recunoaşteri publice. Vă mai simţiţi apropiat de pacienţi? 

Acum aproximativ şase ani am decis să mă concentrez exclusiv pe cercetarea în laborator. Deşi momentan nu am pacienţi sub observaţie, sînt în contact cu pacienţii şi familiile celor incluşi în studiile noastre. Cred că odată ce ai văzut prin ce trec un copil cu autism şi familia sa, importanţa şi urgenţa identificării cauzelor acestei boli devastatoare este mereu prezentă în mintea ta. Premiile Baxter şi MQ vin cu fonduri pentru laborator şi, ca urmare, sînt esenţiale pentru a continua munca noastră. 

Cum e să pleci din România, unde cercetătorii nu au adesea nici măcar fonduri pentru pipete, şi să ajungi, în doar cîţiva ani, să construieşti cortexuri funcţionale în laborator? 

Mă consider norocos că fac parte din comunitatea ştiinţifică de la Universitatea Stanford. Este un mediu unic, efervescent, în mijlocul Silicon Valley, unde contează doar performanţa academică. Conduc un grup de aproximativ opt studenţi şi cercetători extrem de talentaţi. Cred că ar fi fost greu să finalizăm altundeva un astfel de proiect. Situaţia finanţării cercetării în România a atins un nivel critic. Dacă nu se face ceva imediat, mă tem că cercetarea românească va dispărea şi că noua generaţie va fi complet descurajată să urmeze o astfel de carieră.  

a consemnat Ana DRAGU