Téměř deset let se výzkumníci zabývají takzvanými minimozky. Tyto drobné shluky mozkové tkáně, známé jako mozkové organoidy, dosahují zhruba velikosti čočky. I přesto jsou ale překvapivě výkonné a v mnohém podobné plnohodnotnému mozku. Dokážou například vytvářet nové neurony, které už v několika pokusech zvládly ovládat svaly. Neurovědci však nyní otestovali ještě odvážnější hypotézu, podle níž by tato tkáň mohla zraněný mozek dokonce i ,opravit‘.
Studie zveřejněná tento měsíc v Cell Stem Cell dospěla k závěru, že možné to je. Tým vedený Hanem-Čiao Isaacem Čenem z Pennsylvánské univerzity transplantoval minimozky vyrobené z lidských buněk dospělým krysám, jež trpěly značným poškozením zrakové kůry. Kusy transplantované tkáně se s krysími mozky spojily za pouhé tři měsíce a elektrická aktivita, kterou výzkumnici organoidům naměřili, když na zvířata svítili blikajícími světly, byla údajně vysoká. Jinými slovy, lidský minimozek signály z očí krys skutečně přijímal.
Studie je jednou z prvních, která ukazuje, že tato tkáň se dokáže uchytit v cizím poškozeném mozku a plnit zamýšlenou funkci. Ve srovnání s předchozími pokusy o transplantaci kmenových buněk se tedy jedná o významný posun vpřed. „Nervové tkáně mají potenciál obnovit oblasti poraněného mozku. Zdaleka jsme nezjistili všechno, ale tohle je velmi solidní první krok,“ řekl podle Singularity Hub Čen.
Mozek se sám vyvíjel
Mozkové organoidy mají za sebou velmi zajímavý vývoj. Poprvé byly navrženy v roce 2014 a okamžitě zaujaly neurovědce jako bezprecedentní model skutečného mozku. Obvykle jsou vytvořeny z více zdrojů, aby napodobovaly různé oblasti ,řídícího‘ centra. Zpočátku se tyto shluky mozkové tkáně používaly hlavně ke studiu neurovývojových poruch, jako jsou schizofrenie nebo autismus.
Od svého vzniku se každopádně minimozky podstatně vylepšily. Jednou z největších změn bylo jejich stálé zásobování krví. Toho se poprvé podařilo dosáhnout v roce 2017. Transplantace lidských organoidů do mozků hlodavců tehdy spustila krevní cévy hostitele, jež do tkáně začaly dodávat potřebné živiny, což jí umožnilo dále se vyvíjet do složitější mozkové architektury.
Čenův tým chtěl ale dosáhnout ještě ambicióznějšího cíle. Vědci nejprve kultivovali mozkové organoidy pomocí obnovitelných lidských kmenových buněk. S využitím speciálního chemického postupu pak byly buňky přeměněny do minimozků, které napodobovaly přední části mozkové kůry. Trvalo to zhruba 80 dní, než tým v organoidu identifikoval procesy připomínající vyvíjející se mozek.
Posledním krokem pak byla transplantace mozkové tkáně do poškozené zrakové kůry dospělých potkanů. Pouhý měsíc poté už se krevní cévy krysy spojily s lidskou tkání a dodaly jí potřebný kyslík a živiny, což umožnilo její další růst a rozvoj. Následně začaly minimozky vytvářet velké množství různých druhů mozkových buněk. Patřily mezi ně neurony, ale také ,podpůrné‘ mozkové buňky, jako jsou astrocyty nebo specializované imunitní buňky zvané mikroglie. Poslední dvě jsou přitom velmi zásadní, protože se podílejí na stárnutí mozku, Alzheimerově chorobě či některých zánětech.
Mozková aktivita působila přirozeně
V prvním testu vědecký tým ověřoval spojení mezi organoidem a okem zvířete, k čemuž použil speciální virus. Ten dokázal přeskakovat mezi jednotlivými nervovými spojeními a zároveň nesl protein, který pod fluorescenčním mikroskopem jasně zeleně zářil. Podobně jako zvýrazněná trasa na navigaci dokázal světelný proud celou cestu mezi transplantovaným minimozkem a očima krys jasně označit. To potvrdilo, že oba orgány spolu byly propojeny prostřednictvím několika synapsí.
Dále výzkumníci zjišťovali, zda by mohla transplantovaná tkáň pomoci potkanovi ,vidět‘. U šesti z osmi zvířat spustilo zapnutí nebo vypnutí světel elektrickou reakci, což naznačuje, že lidské neurony reagovaly na vnější stimulaci. Elektrická aktivita se navíc podobala přirozeným vzorům pozorovaným ve zrakové kůře. To podle autorů studie „naznačuje, že organoidní neurony mají srovnatelný potenciál citlivosti na světlo jako neuron zrakové kůry“.
Ukázalo se navíc, že mozkové organoidy jsou schopné i poměrně sofistikované úrovně vizuálního zpracování. Podobně jako u naší zrakové kůry se u některých neuronů minimozku postupně vyvinula preference pro světlo svítící v konkrétní orientaci. Schopnost očí přizpůsobit se tomu, co vidíme, je přitom zásadní pro naše vnímání okolního světa. „Zjistili jsme, že velký počet neuronů v organoidu reagoval na specifické orientace světla. To dokazuje, že se tkáň dokázala nejen integrovat s vizuálním systémem mozku, ale zvládla také velmi specifické funkce zrakové kůry,“ uvedl Čen.
Vědci metodu ověří i v dalších částech mozku
Nejnovější studie jasně ukázala, že minimozky neuronové sítě s mozkem hostitele skutečně vytvořit dokážou, a to navíc mnohem rychleji než u transplantace jednotlivých kmenových buněk. Takový závěr naznačuje velmi slibné využití této technologie k ,opravě‘ poškozených mozků nebývalou rychlostí. Stále je ale nutné vyřešit mnoho otázek.
Důležité je například to, aby se podařilo minimozky kultivovat z pacientových vlastních buněk. Tím se mimo jiné eliminuje i potřeba léků na potlačení imunity (orgány cizího původu totiž lidské tělo automaticky odmítá). Dalším problémem je třeba to, jak nejlépe přizpůsobit ,věk‘ minimozku věku jeho hostitele. Pokud by se to nepovedlo, mohlo by dojít k narušení vnitřních nervových signálů dané osoby.
Čenův tým se teď hodlá zabývat hlavně léčbou dalších částí mozku, jež byly poškozené věkem nebo různými nemocemi. „Nyní chceme zkoumat, jak by mohly být organoidy použity v jiných oblastech kůry. Důležité pak bude porozumět pravidlům, která řídí, jak organoidní neurony integrují s mozkem. To je zásadní, abychom mohli tento proces lépe ovládat a následně také zrychlit,“ doplnil Čen.
