Cercetătorul român Sergiu Pașca a dezvoltat cortex uman în creierul unor șoareci
Sergiu Pașca este unul dintre autorii seniori ai studiului. Foto: pascalab.org
Spre deosebire de rinichi, ficat sau formațiunile tumorale, unde biopsia clasică este o procedură de rutină pentru stabilirea diagnosticului, creierul viu nu poate fi supus unor astfel de intervenții fără riscul de a altera ireversibil memoria, limbajul sau trăsăturile de comportament. Până în prezent, alternativele din laborator – organoizii tridimensionali obținuți din celule stem, numiți și „mini-creiere” – au oferit perspective valoroase, însă le lipseau rețeaua vasculară complexă, stimulii externi și circuitele anatomice firești.
Tentativele anterioare de grefare a unor mici mostre de celule umane în creierul șoarecilor sau șobolanilor s-au lovit de o limită fizică: ritmul accelerat de creștere a structurilor nervoase ale gazdei sufoca dezvoltarea țesutului uman transplantat.
Spațiu creat prin inginerie genetică
Pentru a soluționa această barieră spațială, autorii lucrării publicate în prestigioasa revistă Nature au conceput o abordare inovatoare. Cercetătorii au modificat embrioni de șoarece prin dezactivarea genei Esco2, blocând intenționat generarea hipocampului și a neocortexului rozătoarelor.
Astfel, masa cerebrală a animalelor s-a redus la aproximativ jumătate din dimensiunea obișnuită, eliberând o cavitate considerabilă în interiorul craniului. Imediat după naștere, specialiștii au grefat în fiecare pui câte patru fragmente de cortex uman, o procedură denumită „xenocorticație”, a cărei rată de succes a depășit 86%.
În intervalul cuprins între a doua și a treia lună post-transplant, volumul structurii umane s-a multiplicat de aproape cinci ori. După circa 90 de zile, celulele umane alcătuiau aproximativ 92% din întreaga scoarță cerebrală a rozătoarelor, atingând o densitate de aproape 32.000 de neuroni pe milimetru cub.
Un cortex similar celui fetal, perfect integrat
Testele genetice au scos la iveală că noul țesut replica arhitectura celulară caracteristică unui cortex uman aflat la finalul celui de-al doilea trimestru de sarcină. S-au dezvoltat chiar și categorii neuronale specifice primatelor superioare, absente în mod natural la rozătoare, precum neuronii de proiecție din al cincilea strat cortical și neuronii Von Economo — celule alungite de mari dimensiuni, prezente la oameni și cetacee.
Mai mult, grefa nu a funcționat izolat. Neuronii umani s-au cablat direct la sistemul nervos al gazdei, recepționând semnale provenite din regiuni profunde precum talamusul. Concomitent, axonii dezvoltați din celulele umane s-au extins pe traiecte lungi, coborând până în măduva spinării cervicale a animalelor.
Lucrarea a fost semnată de Konstantin Kaganovsky ca prim autor, alături de neurobiologul Karl Deisseroth și medicul Sergiu Pașca, ambii autori seniori. Absolvent al facultății de medicină din Cluj-Napoca, Pașca activează în cadrul Universității Stanford, unde coordonează laboratorul de organogeneză a creierului.
O cale directă către terapii personalizate
Noua metodologie deschide oportunități fără precedent în testarea terapiilor neurologice. Oamenii de știință pot recolta celule din pielea unui pacient, le pot reprograma genetic și le pot transforma în neuroni care păstrează particularitățile bolnavului. Crescute în modele vii, aceste țesuturi permit observarea disfuncțiilor neuronale și evaluarea directă a eficienței medicamentelor.
Medicul Mihail Pautov a subliniat relevanța clinică a muncii echipei de la Stanford pe pagina sa de Facebook , amintind că laboratorul lui Sergiu Pașca a descoperit anterior mecanismul din spatele sindromului Timothy și o moleculă terapeutică ajunsă deja în faza primelor evaluări clinice umane.
„Un medic român a crescut creier uman (țesut) în șoareci, iar la trei luni după operație 92% din scoarța cerebrală a acelor animale era umană. Studiul a apărut ieri în Nature. Îl cheamă Sergiu Pașca, a terminat medicina la Cluj și conduce la Stanford programul de organogeneză cerebrală. Este cel mai bine cotat om de știință român din diaspora și printre cei mai buni neurocercetători din lume. Am stat de vorbă cu el la începutul anului, în studioul din Londra, și mi-a explicat atunci exact unde se blocase medicina la creier. Ieri am citit cum a deblocat-o. Și nu e o știre despre șoareci, ci despre noi. Peste 4 din 10 oameni de pe planetă trăiesc cu o afecțiune a sistemului nervos, de la migrenă și epilepsie până la autism, Alzheimer și accident vascular, iar bolile astea produc astăzi mai multă suferință și dizabilitate decât cele de inimă. Pentru aproape niciuna nu avem un tratament care să atace cauza, și nu pentru că nu s-a încercat, ci pentru că la creier ne lipsește instrumentul cu care a avansat tot restul medicinei. La ficat, la rinichi, la orice tumoră, când nu înțelegem ce se întâmplă, luăm o bucățică și ne uităm la ea la microscop. Se numește BIOPSIE și pe ea stă medicina modernă. Din creierul unui om viu nu poți lua o bucățică ca să studiezi o boală, pentru că fiecare milimetru de acolo e cineva: un cuvânt, o amintire, o bucată de personalitate. Așa că despre autism sau schizofrenie am învățat din creiere de șoarece, care nu fac bolile astea, și din creiere umane privite la autopsie, când totul s-a terminat deja. E ca și cum ai vrea să afli de ce se strică un motor, dar ai voie să te uiți doar la motorul altei mașini, sau la al tău după ce a explodat. Sergiu a ocolit această problemă.”
— dr. Mihail Pautov
Dilemele etice ale noului domeniu
Deși 92% din cortexul lor a fost format din celule umane, subiecții experimentului au manifestat un comportament tipic rozătoarelor de aceeași vârstă, fără abateri comportamentale.
Totuși, evoluția cercetării ridică întrebări esențiale: ce s-ar întâmpla dacă masa celulară ar începe să se organizeze și să se plieze structural ca o scoarță umană matură sau dacă astfel de proceduri ar fi extinse pe primate non-umane? Conștient de implicațiile morale ale acestei direcții, Sergiu Pașca a coordonat anul trecut o conferință internațională dedicată eticii în bioinginerie, organizată în aceeași locație din California unde, în 1975, comunitatea științifică trasa primele repere etice privind ADN-ul recombinant.
Explorează subiectele:
