Para peneliti mengolah suku cadang otak untuk mempelajari perkembangan, penyakit

Sergiu Pasca, seorang ahli saraf, digunakan untuk iri pada spesialis kanker. Mereka bisa mendapatkan tanaman untuk penelitian, sementara Pasca tidak bisa mempelajari bagian terpenting dari otak yang hidup.

Tapi saat ini Pasca melakukan hal terbaik berikut: dia menumbuhkannya sendiri.

Di laboratoriumnya di Universitas Stanford, ribuan bola keputihan jaringan otak manusia melayang di ratusan hidangan. Mereka lebih kecil dari kacang polong, dan diciptakan dari sel -sel kulit manusia, termasuk beberapa orang dengan autisme. Masing -masing membawa DNA orang dari mana ia datang, dan masing -masing mengorganisir dirinya cukup untuk membentuk bagian otak yang menarik perhatian Pasca.

Dia nyaris tidak sendirian. Lusinan laboratorium mengolah gumpalan jaringan otak manusia untuk dipelajari, sebuah praktik yang menghasilkan pemberitahuan pada tahun 2013 ketika para peneliti mengatakan mereka menciptakan ‘minibrain’ yang berisi beberapa bagian penting dari organ janin.

Untuk lebih jelasnya: Meskipun sel -sel otak dalam jaringan yang ditanam oleh laboratorium menunjukkan beberapa aktivitas, tidak ada yang menciptakan otak manusia dewasa yang berfungsi penuh. Versi yang dilaporkan di majalah ilmiah meniru hanya satu atau lebih bagian otak janin. (Pengumuman Agustus tentang otak yang hampir lengkap yang sebanding dengan janin belum didukung oleh artikel majalah, dan para ahli menahan penilaian sampai mereka dapat melihat detailnya).

Para ilmuwan percaya bahwa teknologi ini memiliki potensi besar untuk mempelajari akar penyakit seperti autisme dan skizofrenia, untuk menguji kemungkinan perawatan dan menjawab pertanyaan dasar tentang evolusi.

Ini telah menjadi bagian dari gerakan yang lebih besar selama beberapa tahun terakhir untuk menciptakan ‘organoid’, versi miniatur organ tubuh atau bagian -bagian utama organ. Tujuan termasuk mempelajari penyakit, menguji kemungkinan perawatan dan memberikan penggantian untuk transplantasi. Para ilmuwan telah membuat organoid yang mewakili usus, prostat, ginjal, tiroid, retina dan hati.

Pendekatan organoid keseluruhan ini “adalah perubahan besar dalam paradigma dalam hal penelitian dengan jaringan manusia daripada jaringan hewan yang merupakan pengganti. … Ini benar -benar spektakuler,” kata Arnold Kriegstein, yang mempelajari otak di Universitas California, San Francisco.

Organoid “siap untuk memiliki dampak besar pada pemahaman penyakit dan juga perkembangan manusia,” katanya.

Untuk menumbuhkan benjolan jaringan otak, para peneliti dapat melakukan teknik yang membantu mendapatkan Hadiah Nobel dalam Kedokteran pada tahun 2012. Hampir semua sel tubuh seseorang mengandung kisaran DNA yang sama. Sel kulit berbeda dari sel otak karena perbedaan di mana gen dihidupkan, dan ketika, selama pengembangan. Teknik lab terobosan menyediakan cara untuk mengembalikan sel -sel kulit ke dalam batu tulis kosong yang disebut sel IPS, suatu bentuk sel induk.

Sel -sel IPS ini kemudian dapat dikonversi menjadi sel tubuh apa pun karena mereka merespons dorongan petunjuk kimia yang terpapar.

Para ilmuwan telah menggunakan pendekatan ini selama bertahun -tahun untuk membuat sel -sel otak dan sel -sel lain yang terletak pada permukaan datar hidangan laboratorium. Kerutan baru adalah menumbuhkan sel -sel dalam benjolan tiga dimensi. Mereka tidak membutuhkan banyak bantuan untuk mengatur diri mereka sendiri.

“Mereka mulai berkomunikasi dan memberi sinyal satu sama lain,” kata Kriegstein dan mengkhususkan “dengan cara yang mulai terlihat seperti otak manusia yang berkembang.”

Tetapi sel -sel tidak mendapatkan petunjuk dari jaringan di sekitarnya yang membantu otak janin biasa mengatur dirinya sendiri, Madeline Lancaster dari Dewan Penelitian Medis di Cambridge, Inggris, mencatat. Jadi, sementara 400 atau lebih kecil “otak mini” yang meluncur di piring di labnya mengandung banyak bagian otak, katanya, bagian -bagiannya diletakkan dalam pola abnormal.

“Mereka terhubung satu sama lain dan tampaknya daerah yang berbeda berbicara satu sama lain, tetapi tidak akan seperti otak normal,” katanya.

Lancaster membandingkan tata letak tambal sulam dengan pesawat yang memiliki satu sayap di atas, sekrup di bagian belakang, kabin di bagian bawah dan roda tergantung dari samping. “Itu tidak bisa benar -benar terbang,” katanya. Tetapi “Anda dapat mempelajari masing -masing komponen secara terpisah dan belajar banyak tentang itu.”

Wilayah yang populer untuk tumbuh adalah korteks serebral, lapisan kerutan otak yang merupakan kunci pemikiran yang canggih. Bola -bola kecil jaringan di laboratorium Pasca dirancang untuk meniru wilayah ini karena tips yang penting dalam pengembangan autisme dan skizofrenia.

Meskipun upaya untuk belajar tentang penyakit dengan teknologi ini masih baru, beberapa tips awal muncul. Kata Flora Vaccarino dari Universitas Yale telah tumbuh benjolan yang mengandung korteks serebral yang dibuat dengan DNA orang dengan autisme. Dia menemukan bahwa jenis sel otak tertentu diproduksi terlalu banyak, dan menghubungkannya dengan aktivitas yang berlebihan dari gen tertentu. Vaccarino memperingatkan bahwa dia tidak mengklaim menyebabkan autisme, tetapi Lancaster menyebutnya ‘sangat menarik’.

Lancaster mempelajari penyimpangan yang jarang dan dahsyat di mana orang dengan otak kecil dilahirkan karena mereka memiliki terlalu sedikit sel otak yang disebut neuron. Karyanya telah menunjukkan bahwa ‘minibrain’ yang dibuat dengan pasien DNA juga tampaknya sangat kecil, dan menyarankan mengapa: sel -sel prekursor yang membuat neuron bekerja terlalu dini, sehingga mereka mengambil dan tidak memenuhi kuota mereka dari waktu ke waktu.

Penyakit itu, yang disebut mikrosefali, adalah contoh yang baik dari alasan mengapa menanam jaringan otak bisa menjadi cara yang lebih baik untuk mempelajari beberapa kondisi daripada mempelajari otak tikus. Mutasi genetik yang menyebabkan penyakit pada manusia memiliki efek kecil ketika diciptakan oleh tikus. Biologi penyakit lain, seperti autisme dan skizofrenia, juga dapat meniru jaringan manusia yang lebih baik dalam penyakit laboratorium, kata para ahli.

Dan bahkan jika suatu penyakit dapat direproduksi pada tikus, otak mereka cukup berbeda dari kita bahwa pengobatan yang terlihat baik pada hewan pengerat mungkin tidak bekerja untuk orang -orang, kata Kriegstein.

Tetap saja, dia dan yang lain berkata, teknik itu mungkin tidak akan menggantikan tikus di laboratorium. Eksperimen tikus lebih cepat dan lebih murah, katanya.

Kriegstein juga mengatakan bahwa tidak jelas apa yang dapat diungkapkan oleh jaringan otak yang tumbuh laboratorium tentang penyakit yang muncul di akhir kehidupan, seperti Alzheimer, karena itu memodelkan otak janin daripada yang sudah ketinggalan zaman. Lancaster mengatakan dia percaya itu masih layak untuk dicoba.

Penyakit bukan satu -satunya fokus. Lancaster dan Alysson Muotri dari University of San Diego, California, menangani pertanyaan evolusi tentang bagaimana otak kita berkembang secara berbeda dari hewan lain. Sejauh ini, otak yang dibuat dengan simpanse DNA terlihat seperti rekan manusia mereka pada tahap awal perkembangan, kata Muotri.

Bunga lili otak tumbuh laboratorium terbatas dalam pertumbuhan dan perkembangannya karena mereka tidak memiliki suplai darah. Rem pada masa dewasa membantu mereka menjaga mereka dalam keadaan yang relatif primitif, yang berarti mereka tidak mengajukan pertanyaan etis, kata para peneliti.

“Saya belum melihat masalah filosofis,” kata Muotri. Tapi “Saya tidak tahu apa yang akan terjadi di masa depan bagi kita. Suatu hari kita dapat menciptakan kembali seluruh otak … dan entah bagaimana menempatkan kenangan di dalamnya dan membuat minibraine berpikir. Saya tidak tahu apakah itu akan mungkin terjadi tetapi ini tetapi ini adalah kemungkinan yang menarik.

Hank Greely, yang menargetkan Pusat Hukum dan Biosains di Stanford, mengatakan masalah terbesar akan muncul jika para ilmuwan menghasilkan organoid otak yang dapat mencapai sesuatu seperti kesadaran manusia. Ini tidak mungkin dalam versi kecil hari ini, tetapi mungkin di jalan, katanya.

Prajurit setuju.

“Tidak ada yang bisa berpikir sepuluh tahun yang lalu bahwa kita bisa melakukan apa yang kita lakukan sekarang,” katanya. “Sepuluh atau 20 tahun lagi dari jalan, aku tidak tahu seberapa jauh kita akan menjadi.”