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

Cea mai bună parte din noi jpeg
Biroul meu de astăzi e același
Mă întreb tot mai des dacă, în loc să devină o gazdă pentru o viață mai bună, lumea nu s-a transformat cumva într-un birou universal în care ești mereu de găsit.
Zizi și neantul jpeg
Diverse, stradale…
Omniprezenți, pe vremea de atunci, în orele de lucru, erau cerșetorii și cei care sufereau de boli psihice.
„Am avut covidu’!”, iar „de murit, murea oricum   ” jpeg
De ce trăiesc nemții cîte o sută de ani, sănătoși și întregi la cap?
Pentru mine, Berlinul este orașul cel mai bine organizat, ca infrastructură și ca tot, dar în care te simți cel mai liber.
E cool să postești jpeg
Unde-i tocmeală mai e păsuire?
„Pot rezista la orice, mai puțin tentației”.
p 20 WC jpg
Cafea sau vin?
La fel ca vinul, cafeaua are, în legendele ei de origine, o întrebuinţare spirituală.
Theodor Pallady jpeg
Energii divine necreate...
Teologia creștină s-a cristalizat în numeroase orizonturi lingvistice, dar ortodoxia a rămas în mare măsură tributară geniului grecesc.
640px Bucharest, Drumul Taberei (16307818580) jpg
Drumul Taberei 2030
Fidel Castro a fost plimbat pe bulevardul Drumul Taberei
p 24 S M  Georgescu jpg
Cu ochii-n 3,14
Pe o dubă destinată livrării unor produse, o adaptare a limbajului telefoanelor „fierbinți“ din anii 2000: „Livrez orice! Ia-mă! Sînt electrică!“
Cea mai bună parte din noi jpeg
Rămîi pe culoarul tău
Mi-a luat o jumătate de viață să înțeleg că oamenii nu pot fi înlocuiți și că creativitatea noastră este cea care ne legitimează unicitatea.
Zizi și neantul jpeg
Obiecte și dispariții
Țin minte că pe ultimele le-am văzut cam atunci cînd s-a născut copilul meu. Atunci au fost, la propriu, obiecte de trusou.
„Am avut covidu’!”, iar „de murit, murea oricum   ” jpeg
E cool să postești jpeg
În goana vieții
„Nu juca acel joc la care te obligă un semafor care decide pentru tine cînd e timpul să mergi, cînd să te oprești. Stai puțin nemișcat și gîndește-te.”
p 20 Walter Benjamin  WC jpg
Geografii spirituale (II): orașul
Walter Benjamin nu vorbește, desigur, despre o transcendență personală, nici măcar despre una în sens tradițional.
„Voi cine spuneţi că sînt?“ O pledoarie jpeg
Hypatia. Adevăr și legend
Uciderea Hypatiei de către un grup de fanatici care-și spuneau creștini e un fapt istoric incontestabil.
p 24 E  Farkas jpg
Cu ochii-n 3,14
Altfel spus: e sexul normal „mai puțin” decît devierile anal-orale sau este perversiunea supremă?
Cea mai bună parte din noi jpeg
Povestea merge mai departe
Unul dintre motivele pentru care am dorit să mă mut în București au fost concertele.
Zizi și neantul jpeg
Călătoria prin orașul-pădure
Paltoanele noastre cu siguranță erau: parcă ne camuflau, ne făceau să ne pitim în peisaj. Într-un fel, așa ne simțeam în siguranță.
„Am avut covidu’!”, iar „de murit, murea oricum   ” jpeg
Belgrad și fiorul balcanic
Și mie mi-a plăcut la Belgrad, am regăsit aici „fiorul balcanic” de care m-am îndrăgostit.
E cool să postești jpeg
Negustorii de timp
„Sistemul politic nu poate gestiona totul în același timp (...) și, în prezent, Europa este foarte ocupată.”
p 20 Leviatan jpg
Pe urmele lui Iov
În Biblie, însă, realul nu se reduce la o lume plană, somnolentă, cufundată în necazuri, în nevoi, în cotidian.
Theodor Pallady jpeg
Prietenii latini ai Bizanțului
Împărțirea tîrzie a Imperiului Roman între Orient și Occident n-a subminat unitatea Bisericii creștine, cel puțin pînă la Marea Schismă din 1054, agravată ulterior prin Cruciada a IV-a și eșecul sinoadelor unioniste de la Ferrara-Florența.
Vake Park, Tbilisi City, Georgia Country, autumn Season 05 jpg
Toamnă tristă
Printre blocurile din cartier, vîntul spulberă frunzele care, din cauza secetei, se amestecă rapid cu praful străzii și cu molozul rezultat în urma nenumăratelor și interminabilelor lucrări la infrastructură.
p 24 A  Vrana jpg
Cu ochii-n 3,14
Școlile din Texas le oferă gratis părinților truse DNA pentru ca copiii acestora să poată fi mai ușor identificați în cazul în care vor fi împușcați sau desfigurați în vreun atentat la școală. Orice, numai să nu interzică armele.
Cea mai bună parte din noi jpeg
Ce mai zice gura lumii?
Am dat acest șir nesfîrșit de exemple pentru că alte vieți nu cunosc, dar gura lumii e aceeași pentru toți, iar mie mi-a păsat de ea peste măsură.

Adevarul.ro

imelda staunton netflix jpg
EXCLUSIV Imelda Staunton, regina din „The Crown“: „Elisabeta a fost mai înțelegătoare cu Prințesa Diana decât ne dăm seama“
Într-un interviu exclusiv pentru „Weekend Adevărul“, Imelda Staunton, cea care a preluat interpretarea vârstei a treia a Reginei Elisabeta, povestește cât de complicat a fost de însușit o perioadă neagră din existența Coroanei.
Irene Cara FOTO Profimedia jpg
Actrița și cântăreața Irene Cara a fost găsită moartă în casă. Rolurile care au făcut-o celebră
Interpreta din filmele "Fame" şi "Flashdance" avea 63 de ani și a murit în casa ei din Florida. Nu se cunosc deocamdată cauzele decesului ei.
Franta Danemarca FOTO EPA EFE jpg
Franța-Danemarca. Știm care este prima echipă calificată în optimi
Echipa națională a Franţei a jucat cu selecționata Danemarcei, sâmbătă, pe Stadium 974 din Doha, în Grupa D.

HIstoria.ro

image
Planul în 10 puncte de comunizare a României din martie 1945
În timp ce Armata Română participa, alături de cea sovietică, la luptele din Ungaria și Cehoslovacia, partidul comunist, încurajat de Moscova, dădea asaltul final pentru acapararea puterii.
image
Cucerirea Vidinului, cea mai puternică fortăreaţă otomană de pe Dunăre
La începutul lunii mai 1877, Armata Română s-a concentrat în Oltenia pentru a împiedica manevrele otomane și a ține sub control cetatea Vidin, cea mai puternică fortăreață turcească de pe Dunăre.
image
Războiul Fotbalului: Meciul care a declanșat conflictul armat dintre El Salvador și Honduras / VIDEO
În istorie sunt consemnate tot felul de conflicte, pornind de la motive mai mult sau mai puțin întemeiate: pentru teritorii, pentru bogății, pentru glorie, pentru onoare, pentru amor... Iată însă că atunci când două națiuni sud-americane, Salvador și Honduras, au ajuns să se războiască, printre motivele conflictului s-au regăsit și niște partide de... fotbal.