Cum să asamblezi un creier uman în laborator

Publicat în Dilema Veche nr. 693 din 1-7 iunie 2017
Cum să asamblezi un creier uman în laborator jpeg

– Neurobiomagie –

O echipă condusă de un cercetător român de la Universitatea Stanford din Statele Unite a reușit în premieră să genereze din celule stem și apoi să asambleze în laborator regiuni ale creierului uman. Minicreierele astfel obținute dezvăluie modul în care se dezvoltă rețelele minții noastre și cum comunică la nivel celular și molecular, oferind oamenilor de știință o vedere fără precedent asupra celui mai fascinant organ. Cercetătorii speră să învețe ce se întîmplă cu circuitele mentale ale persoanelor cu diferite boli sau tulburări. De asemenea, minicreierele generate în laborator pot fi folosite pentru a testa potențialele medicamente, esențiale pentru îmbunătățirea mijloacelor terapeutice utilizate de psihiatri sau neurologi.

Vă amintiți de cercetătorul român care a creat, în 2015, minicortexuri cerebrale în laborator? I-am urmărit împreună în Dilema veche cariera fulminantă din ultimii zece ani, pentru că e român, e pasionat de creier, mereu cu gîndul la aplicabilitatea practică a cercetărilor lui din laborator și extrem de sensibil la patologia psihiatrică, domeniu științific departe de a fi suficient explorat. Ei bine, nu s-a oprit acolo, ci, împreună cu grupul lui de studenți de la Universitatea Stanford și un grup de colaboratori, dr. Sergiu Pașca a reușit să creeze țesut tridimensional ce se aseamănă unor regiuni specifice din creierul fetal și apoi le a conectat permițînd migrația neuronilor și formarea de circuite asemănătoare celor din cortexul cerebral, zona creierului responsabilă de cogniție, memorie și alte funcții importante. În articolul publicat recent în cea mai prestigioasă revistă științifică, Nature, echipa lui Sergiu Pașca demonstrează și potențialul acestei tehnologii pentru a înțelege bolile neuropsihiatrice.

Comunitatea științifică a cercetătorilor în neuroștiințe și biologia celulelor stem vuiește de aproape o lună de cînd a fost publicat acest studiu revoluționar, realizat de echipa de cercetători coordonați de Sergiu Pașca, profesor la Stanford, deoarece metoda lor constituie o fereastră tridimensională prin care poate fi observat în premieră modul în care se dezvoltă, la nivel celular, patologii psihiatrice devastatoare. Cercetarea altor boli, cum ar fi cancerul, nu are această limitare. Asta pentru că medicii pot să preleveze celulele tumorale și să le privească sub microscop. Eșantionarea și studiul celulelor creierului uman sînt însă mult mai dificile.

Cultivarea neuronilor în eprubete de laborator nu este o noutate. Însă caracterul bidimensional al vieții într-o plăcuță de laborator nu se potrivește cu celule construite pentru o existență tridimensională. Neuronii cultivați într-un singur strat nu se maturizează suficient, tind să moară după o perioadă de cultivare și interacționează sub nivelul optim.

Într-un studiu precedent, publicat în 2015 în revista Nature Methods, echipa dr. Sergiu Pașca a introdus metoda prin care se pot produce sferoizi neurali din celule stem umane. Această metodă reprezintă o abordare nouă pentru 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, echipa de cercetători a reuşit ca, după aproximativ zece săptămîni de cultură în plăcuţe de laborator, să obţină sfere de aproximativ 4 mm în diametru, care seamănă, la nivel de expresie genică, cu un cortex fetal uman la mijlocul perioadei fetale. Aceste sfere corticale plutesc în mediu de cultură, iar înăuntru se pot observa neuroni aranjaţi în straturi la fel ca în cortexul cerebral. Mai mult, printre neuroni există celulele gliale de suport, numite astrocite. Sferele cerebrale sînt foarte active electric – neuronii formează sinapse şi comunică între ei. Acești neuroni sînt numiți neuroni glutaminergici corticali deoarece secretă neurotransmițătorul glutamat și sînt localizați în cortex.


Foto: Paşca Lab, Stanford University

image 0imgfullhigh jpg jpeg

Însă neuronii glutaminergici din cortexul cerebral nu petrec prea mult timp singuri. În timpul dezvoltării fetale se unesc cu alt tip de neuroni care sînt generați dintr-o zonă mai profundă a creierului. Acești din urmă neuroni secretă o substanță neuromodulatoare – de regulă inhibitoare – numită GABA, așa că se numesc neuroni GABAergici. Este cunoscut faptul că celulele nervoase GABAergice migrează mai mulți milimetri, pe parcursul a multor luni, din regiunea de origine înspre cortex, unde se conectează cu celulele glutaminergice rezidente, pentru a forma împreună circuite cu o balanță fină între excitație și inhibiție, responsabile de cele mai avansate activități cognitive umane. Dar nimeni pînă acum nu a reușit să studieze fenomenul într-o plăcuță de laborator, și cu atît mai puțin cu celule derivate de la pacienți cu autism.

În noul studiu din revista Nature (Birey et al., „Assembly of functionally integrated human forebrain spheroids“, Nature 545, 54–59/ 2017), echipa dr. Pașca introduce o metodă nouă pentru a genera sfere cu proprietățile a două regiuni diferite ale creierului. O parte au fost crescute într-un mediu care induce sferoizi corticali ce conțin neuroni glutaminergici, iar cealaltă parte – într-un lichid ce favorizează formarea zonei creierului din care originează neuronii GABAergici. Apoi au juxtapus cele două tipuri distincte de sferoizi. În aproximativ trei zile, cele două tipuri de sferoizi au fuzionat, iar neuronii GABAergici dintr-un tip de sferoid au început să migreze către regiunea bogată în neuroni glutaminergici. Modalitatea de migrare celulară – au constatat cercetătorii – este una foarte specifică, în salturi: îndreaptă un proces celular spre sferoidul țintă pentru o vreme, apoi se opresc pentru o perioadă de aproximativ trei ore, apoi își reiau salturile.

Odată ajunși la destinație, călătorii GABAergici se transformă, înmugurind dendrite care recepționează semnale electrice de la alți neuroni și formează conexiuni funcționale cu neuronii glutaminergici. Teste electrofiziologice au demonstrat că neuronii glutaminergici și cei GABAergici formează circuite în plăcuțele de laborator și își transmit semnale, comunicînd între ei. Vorbim astfel despre primul circuit neuronal funcțional generat din celule stem in vitro.

Sergiu Pașca și colegii săi nu s-au oprit aici. Au utilizat noua metodă spre a vedea cum poate fi utilă pentru a studia diferite boli. Cercetătorii s-au concentrat pe sindromul Timothy, o boală genetică rară, dar puternic asociată cu autismul și epilepsia. Prin metoda nou introdusă, au creat un circuit cerebral folosind celule prelevate de la mai mulți pacienți cu această condiție și au reușit astfel să observe cum un anumit tip de celule nervoase – interneuronii GABAergici – migrează diferit de celulele similare ale subiecților fără această condiție. Aceasta dovedește că metoda inovatoare poate fi utilizată pentru a studia manifestarea la nivel cerebral a altor boli psihiatrice și tulburări de neurodezvoltare, inclusiv schizofrenia, fapt ce conduce la îmbunătățirea cunoștințelor comunității științifice despre ce ar putea declanșa astfel de boli. Metoda constituie un progres uriaș înspre identificarea unor tratamente mai bine bazate. Mai mult, metoda laboratorului Pașca de la Stanford oferă posibilitatea de a genera circuite din alte regiuni ale creierului pentru a studia cum comunică între ele în contextul bolii și, în viitorul apropiat, de a testa medicamente care să reverseze anormalitățile.

„Practic, această metodă ne permite să recreăm în laborator țesut cerebral funcțional de la pacienți cu orice tulburare psihică, să urmărim exact erorile la nivel neuronal și să testăm diferite metode de corecție“, explică părintele tehnologiei „disease-in-a-dish“. 

Ana Dragu este scriitoare. Cea mai recentă carte publicată: Mîini cuminți. Copilul meu autist (Editura Polirom, 2015). Din 2008 coordonează la Bistriţa Centrul de Resurse şi Referinţă în Autism Micul Prinţ.

Foto Sergiu Paşca: Steve Fisch

pe tera cristalelor gigantice din mexic este frumoasa dar mortala jpg
Peștera Cristalelor Gigantice din Mexic este Frumoasă, dar Mortală
Gipsul: De la materie primă pentru construcții uscate la cristale gigantice în peștera Naica.
1  Irina Rimes x Roman Tolici x IQOS jpg
Irina Rimes x Roman Tolici – cea mai nouă colaborare a brandului IQOS
A fost prezentată într-un eveniment care a redefinit ideea de spectacol polisenzorial. Curios?
de ce sa alegi o rochie din in pentru evenimentele de vara jpg
De ce să alegi o rochie din in pentru evenimentele de vară
Vara aduce cu ea nu doar zile mai lungi și soare blând, ci și invitații la evenimente speciale – nunți în aer liber, botezuri intime, seri de vară care merită celebrate. În toate aceste contexte, alegerea unei ținute devine mai mult decât o simplă decizie de stil.
featured image jpg
IMSA recunoaște oficial pokerul ca sport al minții: Argumentele pentru această decizie
IMSA (Asociația Internațională a Sporturilor Minții) a recunoscut oficial pokerul ca fiind sport al minții. Practic, pokerul face parte din aceeași categorie ca șahul și bridge-ul.
cifra sapte jpg
Cifra 7 în istoria omenirii și superstițiile în care cred oamenii și în ziua de astăzi
Gândește-te la un număr între unu și zece să vedem dacă putem ghici. A fost șapte, nu? Cercetătorii au descoperit că, atunci când ești rugat să te gândești la un număr între unu și zece, mulți vor avea numărul șapte în minte.
DilemaVeche jpg
Neglijăm îngrijirea călcâielor vara! De ce ar trebui să fim mai atenți…
Există o parte a corpului pe care o vezi mai ales când te încalți, dar pe care rar o privești cu adevărat. Și, poate tocmai de aceea, ajungi s-o neglijezi exact atunci când e cel mai expusă: vara.
pexels gustavo fring 5163433 jpg
Unelte, materiale și idei pentru o curte bine amenajată
O curte bine organizată îți oferă nu doar un spațiu estetic, ci și un loc practic în care te poți relaxa, lucra în grădină sau petrece timp de calitate cu familia și prietenii.
rehearsal preparation groom s watch hand jpg
Purtați de Eminem, Pharrell și Kanye West – descoperă cel mai popular ceas printre artiști!
Hai să recunoaștem: când vezi un ceas Casio G-SHOCK pe încheietura cuiva, nu te gândești doar la ore și minute.
Ce acte sunt necesare pentru procedura de radiere a unui autovehicul  jpg
Ce acte sunt necesare pentru procedura de radiere a unui autovehicul?
Radierea unui autovehicul din circulație poate părea un proces complicat, dar, dacă ai toate documentele pregătite și urmezi pașii necesari, totul devine mult mai simplu.
featured image jpg
Minimalismul, o alegere de viață pentru tot mai multe persoane împlinite pe plan profesional
A avea puține bunuri materiale și a efectua puține cheltuieli era în trecut caracteristic doar persoanelor cu venituri modeste.
Vechea dilema optimizare SEO vs  PPC sau AMBELE jpg
Vechea dilema: optimizare SEO vs. PPC sau AMBELE?
În lumea marketingului digital, dezbaterea dintre optimizarea pentru motoarele de căutare (SEO) și publicitatea plătită per click (PPC) a fost întotdeauna un subiect fierbinte.
industrie jpg
Curiozități mai puțin știute despre gudron și industriile în care se folosește
Gudronul este o substanță cu o paletă largă de aplicații industriale. Acesta nu este o substanță unică, ci un amestec complex de mii de compuși chimici, inclusiv hidrocarburi aromatice, fenoli și alte substanțe organice.
Cei care nu invata din istorie, sunt sortiti sa o repete  3 carti pe care trebuie neaparat sa le citesti jpg
Cei care nu învață din istorie sunt sortiţi să o repete. 3 cărți pe care trebuie neapărat să le citești
Dacă vrei să înțelegi mai bine evoluția poporului și a culturii din care faci parte, atunci e bine să explorezi cărțile de istorie specifice.
reducerea timpului petrecut in trafic este o prioritate pentru tine jpg
Reducerea timpului petrecut în trafic este o prioritate pentru tine?
Dacă te deplasezi frecvent cu autoturismul și ai realizat faptul că, din cauza aglomerației rutiere, ai ajuns să petreci foarte mult timp în trafic.
ceai cuisoare (1) jpg
Cum se prepară și când este recomandat ceaiul de cuișoare?
Ceaiul de cuișoare este o băutură aromată și benefică pentru sănătate, apreciată pentru proprietățile sale antibacteriene, antiinflamatoare și antioxidante.
ce pantofi sa alegi pentru city break jpg
Cele mai potrivite modele de pantofi pentru un city-break
Te gândești la un city-break? Ah, ce bine! Oricine adoră să exploreze noi orașe, să meargă pe străzi necunoscute și să descopere un colț de lume plin de istorie, cultură și viață urbană.
Champions League  cea mai valoroasă competiție de fotbal intercluburi din Europa  dilemaveche betting jpg
Champions League: cea mai valoroasă competiție de fotbal intercluburi din Europa
Champions League reprezintă apogeul fotbalului european intercluburi, fiind locul unde cele mai bune echipe de pe continent își dispută supremația.
Cum să îți amenajezi casa eficient și cu buget redus  sfaturi și idei practice jpg
Cum să îți amenajezi casa eficient și cu buget redus: sfaturi și idei practice
Amenajarea locuinței poate fi o provocare atunci când încerci să menții un echilibru între estetică, funcționalitate și costuri.
DilemaVeche (2) (4) jpg
Chanel, moștenirea unui brand care a revoluționat eleganța
Toată lumea a auzit despre acest nume faimos în industria modei, un simbol atemporal al rafinamentului și inovației în modă.
telefoane jpeg
Există o piață a telefoanelor folosite de vânzare. Vrei să afli despre ce e vorba?
Te-ai gândit vreodată că ar exista pentru telefonul tău folosit un loc unde ar putea să fie pus la vânzare? Ai mai multe telefoane vechi care stau degeaba prin sertarele biroului de acasă?
usa de garaj alexiana group 3 jpg
Știai că poți găsi uși de garaj la prețuri avantajoase pentru bugetul tău?
Pentru cine își dorește mai multă protecție pentru mașina personală, în garaj, există soluții prietenoase cu bugetul.
relaxare rapida jpg
5 metode de relaxare imediate pentru oamenii activi care au puțin timp liber la dispoziție
Într-o lume agitată, în care timpul este un lux, găsirea unor metode rapide de relaxare devine esențială pentru menținerea echilibrului mental și fizic.
featured image jpg
Sigla echipei de fotbal Athletic Bilbao, sculptată pe o biserică din secolul al XIII-lea
Când te gândești la biserici, te aștepți să vezi în special icoane ale unor sfinți. În unele situații, poți găsi și imagini cu principalii oameni care au contribuit financiar la construcția respectivei biserici.
austin ban 0fjGQmYCRW8 unsplash jpg
Cadouri care creează amintiri - Experiențe speciale pentru femeile din viața ta
Căutarea cadoului perfect pentru femeile dragi din viața ta poate fi o provocare, mai ales atunci când vrei să alegi ceva cu adevărat special.

Parteneri

vlad pascu accident jpeg
Când află Vlad Pascu dacă va fi condamnat definitiv în dosarul accidentului din localitatea 2 Mai, în care au murit doi tineri
Dosarul lui Vlad Pascu, autorul accidentului din localitatea 2 Mai, în care au murit doi tineri și alți trei au fost răniți, a rămas în pronunțare la Curtea de Apel Constanța. Decizia instanței va fi definitivă.
priza jpeg
Ce trebuie să scoți din priză în fiecare seară. Factura voastră la curent poate scădea semnificativ
Românii care doresc să economisească cât mai mulți bani trebuie să știe că există numeroase metode care să îi ajute să reducă consumul de curent.
Daniel Băluță și Nicușor Dan. FOTO Inquam Photos / George Călin
Daniel Băluță, despre plecăciunea în fața lui Nicușor Dan, la Cotroceni: „Este o dovadă de normalitate ceea ce ați văzut”
Daniel Băluță, primarul Sectorului 4 al Capitalei, a declarat joi, 19 iunie, că plecăciunea în fața președintelui Nicușor Dan reprezintă „o dovadă de normalitate” și „așa arată o societate normală, nu una plină de ură, de dispreț”.
Madalina Ghenea FOTO Instagram png
Ședinţa foto făcută de Mădălina Ghenea în Beverly Hills, SUA: „Artă, modă, film, viteză... și tratamente faciale”. Reacția fanilor
Mădălina Ghenea, una dintre cele mai frumoase femei din lume, a fost, recent, protagonista unei ședințe foto impresionante, realizate în Beverly Hills.
Aer conditionat FOTO Shutterstock jpg
Cât te costă aerul condiționat în 2025. Cam câți bani ar trebui să scoți din buzunar vara aceasta
Valul de caniculă anunțat de meteorologi acoperă mare parte din România, iar specialiștii ANM au emis deja un Cod Galben de temperaturi extreme. În acest context, aerul condiționat devine aproape indispensabil în locuințe. Însă, odată cu apropierea datei de 1 iulie 2025, când expiră plafonarea prețu
udare muscate jpg
Ce trebuie să adaugi în pământul mușcatelor pentru ca acestea să înflorească toată vara. Vor arăta mai bine ca oricând
Mușcatele sunt, fără doar și poate, printre cele mai populare plante din întreaga lume. Ele nu numai că înfloresc spectaculos, dar nici nu au nevoie de foarte multă atenție, fiind perfecte chiar și pentru cei care nu au foarte mult timp pentru a avea grijă de plante.
Vladimir Putin își face calcule în funcție de oferta SUA FOTO Shutterstock jpg
Ce spune Vladimir Putin despre o posibilă livrare de rachete germane de tip Taurus către Ucraina
Preşedintele rus Vladimir Putin avertizeză că o eventuală livrare către Ucraina de rachete cu rază lungă de acţiune de tip Taurus ar „dăuna complet” relaţiilor Moscovei cu Berlinul.
vitalie pirlog sputnik.md
Fostul ministru moldovean al Justiției, arestat în Emiratele Arabe Unite. De ce este acuzat
Vitalie Pîrlog, fost ministru al Justiţiei din Republica Moldova, a fost arestat pe 15 iunie în Emiratele Arabe Unite, în baza unui mandat internaţional, în cadrul unei anchete cu privire la fapte de corupţie în cadrul Interpol.
transplant operatie chirurgicala medici shutterstock 571823737 jpg
Zeci de mii de euro ar fi fost găsiţi la şeful secţiei de Neurochirurgie de la Spitalul Militar Carol Davila, în urma percheziţiilor
Zeci de mii de euro au fost găsiţi la şeful secţiei de Neurochirurgie de la Spitalul Militar Carol Davila, în urma percheziţiilor efectuate joi, 19 iunie, la Spitalul Universitar de Urgență Militar Central „Dr. Carol Davila” din București și în județul Dâmbovița.