תאי עצב אנושיים שהושתלו במוח של חולדה התפתחו ויצרו קשרים

חוקרים גידלו אורגנואידים עשויים מנוירונים מקליפת המוח האנושיים והשתילו אותם בקורטקס החישה של חולדה. התאים האנושיים השתלבו במוח החולדה ותפקדו - הם קיבלו גירוי חושי והשפיעו על ההתנהגות. גישה זו אפשרה לחוקרים לבחון פתולוגיות בתאים שנלקחו מחולים עם מחלות נוירו-פסיכיאטריות. המחקר נערך על ידי חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד ופורסם בכתב העת Nature.

בעשור האחרון הצליחו מדענים לגרום לתאי גזע להתמיין לתאי מוח. בנוסף, הם הצליחו לקחת תאי עור מאנשים הסובלים ממצבים כמו אוטיזם או סכיזופרניה ולתכנת מחדש את התאים של אותו אדם בחזרה לתאים דמוי תאי גזע ולגרום להם להתמיין מחדש במעבדה כתאי מוח. הדבר מאפשר לחוקרים לצפות בתאים כשהם מתבגרים ולבחון בעיות ברמה התאית המסמנות את התחלתה של מחלה ואת שלביו המוקדמים של תהליך המחלה.

למרות ההתקדמות הרבה, הניסויים האלה נתקלו במגבלות. לדוגמה, נוירונים אנושיים שמגדלים במעבדה יכולים ליצור קשרים זה עם זה, אך הם לא מבשילים לשלבים הנראים במוח האנושי החי. במוח המתפתח, במיוחד בשלב שבו כנראה מתחילות פתולוגיות כמו אוטיזם וסכיזופרניה, הנוירונים החדשים ותאי מוח אחרים מקבלים מגוון רחב של סיגנלים שאי אפשר לחקות במעבדה. הנוירונים והחיבורים המתהווים ביניהם מגיבים ישירות לחוויות שנחוות על ידי החושים כמו ראייה, ריחות או  צלילים.

צוות החוקרים במעבדה של ד"ר סרג'יו פסקה, שהוביל את המחקר, עוסק בפיתוח ובשיפור דרכים לגידול תאי מוח אנושיים במעבדה ובמציאת דרכים להשתמש בהם באופן יעיל יותר במחקרים על מחלות. במחקר השתתף גם ד"ר עומר רווח מהאוניברסיטה העברית בירושלים.

צוות החוקרים הצליח לקחת אורגנואידים - צברי נוירונים שגודלו במעבדה מתאי גזע אנושיים - המורכבים מתאי קליפת מוח אנושיים ולהשתיל אותם בקליפת המוח של חולדות בשבוע הראשון לחייהן. מטרת המחקר היתה לראות אם האורגנואידים ישרדו במוחות של מכרסמים, ואם כן, האם הנוירונים בתוך האורגנואידים יתבגרו וישתלבו עם נוירונים במוח החולדה במהלך התבגרותה. התשובות לשתי השאלות היו חיוביות.

האורגנואידים המושתלים גדלו בתוך שמונה חודשים עד פי תשעה מנפחם לפני ההשתלה, והדמיות MRI הראו שהם השתלטו על כשליש מהמיספרת המוח של החולדות. לא רק שהנוירונים המושתלים היו גדולים יותר, הם גם יצרו קשרים מסועפים מורכבים יותר עם תאי מוח אחרים מאשר נוירונים שגדלו באורגנואידים שלא הושתלו והמשיכו לגדל במעבדה.

יתרה מכך, האורגנואידים מהתאים האנושיים, ש"השתלטו" על מוח החולדה, לא הפריעו למוח לתפקד, אלא השתלבו בהתמדה לאורך זמן עם תאי החולדה, ובדרכים מורכבות יותר בהשוואה לנוירונים אנושיים בודדים שהושתלו במוחות של חולדות. מוחות החולדות שבהם הושתלו האורגנואידים סיפקו בהתמדה חומרים מזינים וגירויים חשמליים לנוירונים האנושיים.

האורגנואידים הושתלו בחלק של מוח החולדה שמעבד מידע חושי - הקורטקס הסומטו-סנסורי. החוקרים ערכו ניסויים שהוכיחו שהנוירונים האנושיים הגיבו לגירויים שהחולדות קיבלו מהשפם שלהן. במילים אחרות, התאים האנושיים השתלבו באופן תפקודי במוח החולדה ויכלו לקבל גירוי חושי.

בהמשך המחקר, החוקרים גרמו לחולדות לקשר בין פרס שקיבלו לבין גירוי של הנוירונים האנושיים המושתלים. החולדות החלו לחפש את הפרס כאשר הצוות שלח גירוי לנוירונים האנושיים בתוך המוח של החולדות באמצעות טכנולוגיית אופטוגנטיקה. אופטוגנטיקה משתמשת באלומות של אור צבעוני שמועברות דרך סיב דק לנוירונים ספציפיים פעילים.

לאחר מכן, החוקרים בדקו תאים שנתרמו על ידי חולים עם מחלה נוירופסיכיאטרית נדירה בשם תסמונת טימותי. כאשר תאים אלה הושתלו במוח החולדה, האורגנואידים שנוצרו מתאים אלה התפתחו והשתלבו במוח המארח בדרכים שחשפו בבירור פתולוגיות התואמות את תסמונת טימותי (שחלק מהתסמינים שלה חופפים לאלה של הפרעת הספקטרום האוטיסטי).

לטכנולוגיית השתלת האורגנואידים במוחם של מכרסמים יש פוטנציאל מחקרי של פתולוגיות בתאי מוח וקשרים נוירוניים במגוון מחלות פסיכיאטריות עם חשד למקור בשלבים המוקדמים של החיים - לא רק אוטיזם, אלא גם סכיזופרניה, אפילפסיה ומוגבלות אינטלקטואלית.