Окумуштуулар адамдын мээсин денеден бөлүп кантип изилдешет

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 04:03

Окумуштуулар адамдын мээсинин моделдерин кантип түзүшөт жана мындай изилдөөлөр кандай этикалык маселелерди козгойт.

Nature журналы «Адам мээсинин кыртыштары менен эксперимент кылуунун этикасы» аттуу дүйнөдөгү алдыңкы 17 неврологдун жамааттык катын жарыялады, анда окумуштуулар адам мээсинин моделдерин өнүктүрүүдөгү прогрессти талкуулашты. Адистердин коркуулары төмөнкүдөй: балким, жакынкы келечекте моделдер ушунчалык өнүккөндүктөн, алар адамдын мээсинин структурасын гана эмес, функцияларын да кайталай башташат.

Аң-сезимге ээ болгон нерв тканынын бир бөлүгүн "пробиркада" түзүүгө болобу? Окумуштуулар жаныбарлардын мээсинин түзүлүшүн эң майда-чүйдөсүнө чейин билишет, бирок кайсы структуралар аң-сезимди "коддошот" жана анын катышуусун кантип өлчөө керектигин, эгерде биз обочолонгон мээ же анын окшоштугу жөнүндө сөз кылсак, түшүнө элек.

Аквариумдагы мээ

«Элестеткиле, обочолонгон сенсордук ажыратуу камерасында ойгонуп жатасыңар - айланада жарык, үн, тышкы стимулдар жок. Сенин аң-сезимиң гана боштукта илинип турат».

Бул Йель университетинин нейробиологу Ненад Сестандын билдирүүсүнө комментарий берген этикачылардын сүрөтү, анын командасы обочолонгон чочко мээсин 36 саат бою тирүү кармай алды.

Изилдөөчүлөр чочколордун мээсин дененин сыртында тирүү кармап жатышат. Ийгиликтүү эксперимент тууралуу отчет ушул жылдын март айынын аягында АКШнын Улуттук Саламаттыкты сактоо Институтунун Этика комитетинин жыйынында жасалган. BrainEx деп аталган жылытылган насостук системаны жана синтетикалык кан алмаштыруучуну колдонуу менен изилдөөчүлөр экспериментке бир нече саат калганда союучу жайда өлтүрүлгөн жүздөгөн жаныбарлардын обочолонгон мээсин суюктуктун айлануусун жана кычкылтек менен камсыз кылышкан, деди ал.

Органдар миллиарддаган жеке нейрондордун активдүүлүгүнүн туруктуулугуна карап, тирүү бойдон калышты. Бирок окумуштуулар "аквариумга" коюлган чочконун мээсинде аң-сезимдин белгилери сакталып калганбы же жокпу айта алышпайт. Электроэнцефалограмманын жардамы менен стандартташтырылган жол менен текшерилген электрдик активдүүлүктүн жоктугу Сестанды "бул мээ эч нерседен кабатырланбайт" деп ынандырды. Бул жаныбардын обочолонгон мээси, атап айтканда, аны жууп эритменин компоненттери көмөктөшө турган комага болгон болушу мүмкүн.

Авторлор эксперименттин чоо-жайын ачыкташкан жок – алар илимий журналга жарыялоону даярдап жатышат. Ошого карабастан Сестандын отчёту да деталдык жактан начар, технологияны андан ары өнүктүрүү боюнча чоң кызыгууну жана көптөгөн ойлорду жаратты. Жүрөк же бөйрөк сыяктуу башка органды трансплантациялоо үчүн сактоого караганда мээни сактап калуу техникалык жактан кыйын эмес окшойт.

Бул теориялык жактан адамдын мээсин аздыр-көптүр табигый абалда сактап калууга болот дегенди билдирет.

Изоляцияланган мээлер, мисалы, дары-дармектерди изилдөө үчүн жакшы үлгү болушу мүмкүн: бардык ченемдик укуктук чектөөлөр айрым органдарга эмес, тирүү адамдарга тиешелүү. Бирок, этикалык көз караштан алганда, бул жерде көптөгөн суроолор туулат. Жада калса мээнин өлүмү жөнүндөгү суроо да изилдөөчүлөр үчүн "боз аймак" бойдон калууда - формалдуу медициналык критерийлердин бар экендигине карабастан, бир катар окшош шарттар бар, алардан кадимки жашоо активдүүлүгүнө кайтуу дагы деле мүмкүн. Мээнин тирүү калганын ырастаганда, абал жөнүндө эмне айтууга болот. Денеден обочолонгон мээ инсандык сапаттардын айрымдарын же баарын сактап кала берсечи? Анда макаланын башында айтылган жагдайды элестетүү толук мүмкүн.

Аң-сезим кайда

20-кылымдын 80-жылдарына чейин жанды денеден бөлгөн дуализм теориясынын жактоочулары болгонуна карабастан, илимпоздор арасында, ал тургай биздин мезгилде психиканы изилдеген философтор да биз аң-сезим деп атаган нерселердин баары жаралат дегенге кошулушат. материалдык мээ (тарых) суроону кененирээк окуса болот, мисалы, бул бөлүмдө Аң-сезим кайда: Издөө маселесинин тарыхы жана келечеги Нобель сыйлыгынын лауреаты Эрик Канделдин "Эстим издөөдө" китебинен).

Мындан тышкары, функционалдык магниттик-резонанстык томография сыяктуу заманбап техникалардын жардамы менен окумуштуулар атайын психикалык көнүгүүлөрдү жасоодо мээнин кайсы аймактары иштетилгенин байкай алышат. Ошого карабастан, бүтүндөй аң-сезимдин түшүнүгү өтө эле эфемердик жана окумуштуулар ал мээде болуп жаткан процесстердин жыйындысы менен коддолгонбу же ал үчүн айрым нейрондук корреляциялар жооптуубу деген пикирге келише элек.

Кандел өзүнүн китебинде айткандай, мээ жарым шарлары хирургиялык жол менен бөлүнгөн бейтаптарда аң-сезим экиге бөлүнөт, алардын ар бири дүйнөнүн өз алдынча сүрөтүн кабыл алат.

Нейрохирургиялык практикадагы ушул жана ушул сыяктуу учурлар, жок эле дегенде, аң-сезимдин болушу үчүн симметриялуу түзүлүш катары мээнин бүтүндүгү талап кылынбайт. Кээ бир илимпоздор, анын ичинде ДНКнын түзүлүшүн ачкан Фрэнсис Крик өмүрүнүн аягында неврологияга кызыгып, аң-сезимдин болушу мээдеги белгилүү структуралар менен аныкталат деп эсептешет.

Балким, бул белгилүү бир нейрондук схемалар, же кеп мээнин көмөкчү клеткаларында - астроциттерде болсо керек, алар адамдарда башка жаныбарларга салыштырмалуу өтө адистешкен. Тигил же бул жол менен окумуштуулар адамдын мээсинин айрым структураларын in vitro («in vitro») же ал тургай in vivo (жаныбарлардын мээсинин бир бөлүгү катары) моделдөө деңгээлине чейин жеткен.

Биореактордо ойгонгула

Адамдын денесинен алынган бүт мээге эксперименттерге качан келери белгисиз - биринчиден, неврологдор менен этиктер оюндун эрежелерин макулдашы керек. Ошого карабастан, Петри идиштериндеги жана биореакторлордогу лабораторияларда адамдын мээсинин үч өлчөмдүү маданиятынын өсүшү «чоң» адамдын мээсинин түзүлүшүн же анын белгилүү бир бөлүктөрүн туураган «мини-мээлер» өсүп жатат.

Эмбриондун өнүгүү процессинде анын органдары өзүн өзү уюштуруу принцибине ылайык гендерге мүнөздүү кандайдыр бир программа боюнча белгилүү этаптарга чейин түзүлөт. Нерв системасы да четте калбайт. Изилдөөчүлөр нерв тканынын клеткаларына дифференциациялануу кээ бир заттардын жардамы менен өзөк клеткасынын маданиятында индукцияланса, бул эмбриондук нерв түтүкчөсүнүн морфогенезинде пайда болгондорго окшош клетка маданиятында стихиялуу кайра түзүлүшкө алып келерин аныкташкан.

Ушундай жол менен индукцияланган өзөк клеткалары акыры мээ кыртышынын нейрондоруна дифференциацияланат, бирок Петри табагына сырттан сигнал берүүчү молекулаларды кошуу менен, мисалы, ортоңку мээнин, стриатумдун же жүлүндүн клеткаларын алууга болот. Көрсө, түйүлдүктүн өзөк клеткаларынан кортикогенездин ички механизми бир идиште, мээдегидей бир нече нейрон катмарларынан турган жана көмөкчү астроциттерден турган чыныгы кортексте өстүрүлүшү мүмкүн экен.

Эки өлчөмдүү маданияттар өтө жөнөкөйлөштүрүлгөн моделди билдирери анык. Нерв кыртышынын өзүн өзү уюштуруу принциби окумуштууларга сфероиддер жана мээ органеллдери деп аталган үч өлчөмдүү структураларга тез өтүүгө жардам берди. Ткандарды уюштуруу процессине баштапкы культуранын тыгыздыгы жана клетканын гетерогендүүлүгү сыяктуу баштапкы шарттардын өзгөрүшү жана экзогендик факторлор таасир этиши мүмкүн. Белгилүү бир сигнал каскаддарынын активдүүлүгүн модуляциялоо менен, ал тургай, органоиддеги өнүккөн структуралардын пайда болушуна жетишүүгө болот, мисалы, торчонун эпителийи менен оптикалык чөйчөк, ал жарыкка адамдын мээсинин органоиддериндеги фотосезгичтүү клеткалардын ар түрдүүлүгүнө жана тармак динамикасына жооп берет.

Атайын идишти колдонуу жана өсүү факторлору менен дарылоо илимпоздорго индукцияланган плюрипотенттүү өзөк клеткаларын колдонуу менен адамдын кортикалдык өнүгүүсүн in vitro моделдештирүүнү максаттуу түрдө алууга мүмкүндүк берди - адамдын мээ органоидинин кабыгы менен алдыңкы мээсине (жарым шарларына) туура келген, анын өнүгүшүн баалоо боюнча гендердин жана маркерлердин экспрессиясы түйүлдүктүн өнүгүүсүнүн биринчи триместрине туура келген …

Ал эми Стэнфорддун илимпоздору, Сергиу Паска жетектеген, 3D маданиятында адамдын плюрипотенттүү өзөк клеткаларынан Функционалдык кортикалдык нейрондорду жана астроциттерди иштеп чыгышты, бул Петри табагында алдыңкы мээни туураган тополоңдорду өстүрүү ыкмасы. Мындай "мээлердин" көлөмү болжол менен 4 миллиметрди түзөт, бирок 9-10 ай жетилгенден кийин бул түзүлүштөгү кортикалдык нейрондор жана астроциттер өнүгүүнүн постнаталдык деңгээлине, башкача айтканда, баланын төрөлгөндөн кийин дароо өнүгүү деңгээлине туура келет.

Маанилүү нерсе, мындай структураларды өстүрүү үчүн өзөк клеткалары белгилүү бир адамдардан, мисалы, нерв системасынын генетикалык жактан аныкталган оорулары бар пациенттерден алынышы мүмкүн. Ал эми гендик инженериядагы жетишкендиктер илимпоздор жакын арада неандерталь же Денисованын мээсинин өнүгүшүн in vitro байкоого алаарын көрсөтүп турат.

2013-жылы Австриянын Илимдер академиясынын Молекулярдык биотехнология институтунун изилдөөчүлөрү Церебралдык органоиддер адамдын мээсинин өнүгүүсүн жана микроцефалиясын моделдөөчү макаланы басып чыгарышкан, анда биореактордо эки түрдөгү өзөк клеткаларынан «миниатюралык мээнин» өстүрүлүшү сүрөттөлгөн. бүт адамдын мээсинин түзүлүшү.

Органоиддин ар кандай зоналары мээнин ар кайсы бөлүктөрүнө туура келген: арткы, ортоңку жана алдыңкы, ал эми "алдыңкы мээ" дагы бөлүктөргө («жарым шарларга») бөлүнүүнү көрсөткөн. Маанилүү нерсе, көлөмү дагы бир нече миллиметрден ашпаган бул мини-мээде окумуштуулар активдүүлүктүн белгилерин, атап айтканда, нейрондордун ичиндеги кальций концентрациясынын термелүүсүн байкашкан, бул алардын дүүлүгүүнүн көрсөткүчү катары кызмат кылат (мындан ары кененирээк окуй аласыз). бул эксперимент жөнүндө бул жерде).

Окумуштуулардын максаты мээнин эволюциясын in vitro репродукциялоо гана эмес, ошондой эле микроцефалияга алып келүүчү молекулярдык процесстерди изилдөө болгон - өзгөчө эмбрион Зика вирусун жуктурганда пайда болгон өнүгүү аномалиясы. Бул үчүн эмгектин авторлору бейтаптын клеткаларынан ошол эле мини-мээни өстүрүшкөн.

Окумуштуулар таасирдүү натыйжаларга карабастан, мындай органеллдердин эч нерсени түшүнө албай турганына ынанышты. Биринчиден, чыныгы мээде болжол менен 80 миллиард нейрон бар, ал эми өскөн органоидде бир нече даражага азыраак болот. Ошентип, мини-мээ физикалык жактан чыныгы мээнин функцияларын толук аткара албайт.

Экинчиден, «in vitro» өнүгүү өзгөчөлүктөрүнөн улам анын кээ бир структуралары бир топ баш аламан жайгашып, бири-бири менен туура эмес, физиологиялык эмес байланыштарды түзгөн. Эгерде мини-мээ бир нерсе ойлосо, бул биз үчүн адаттан тыш нерсе экени анык.

Бөлүмдөрдүн өз ара аракеттенүү маселесин чечүү үчүн неврологдор мээни «ассемблоиддер» деп аталган жаңы деңгээлде моделдештирүүнү сунушташты. Алардын пайда болушу үчүн алгач мээнин айрым бөлүктөрүнө туура келген органеллдер өзүнчө өстүрүлөт, андан кийин алар биригет.

Бул ыкманы илимпоздор адамдын алдыңкы мээсинин функционалдык жактан интеграцияланган сфероиддеринин Ассамблеясын жанаша алдыңкы мээден миграция аркылуу нейрондордун басымдуу бөлүгү пайда болгондон кийин пайда болгон интернейрондор деп аталгандар кортекске кантип кошулганын изилдөө үчүн колдонушкан. Нерв ткандарынын эки түрүнөн алынган ассемблоиддер эпилепсия жана аутизм менен ооруган бейтаптар аралык нейрондордун миграциясынын бузулушун изилдөөгө мүмкүндүк берди.

Башка бирөөнүн денесинде ойгон

Бардык жакшыртууларга карабастан, түтүктөгү мээнин мүмкүнчүлүктөрү үч негизги шарт менен катуу чектелет. Биринчиден, алардын ички түзүлүштөрүнө кычкылтек жана азык жеткирүүгө мүмкүндүк берген кан тамыр системасы жок. Ушул себептен улам, мини-мээнин көлөмү молекулалардын кыртыш аркылуу таралуу жөндөмдүүлүгү менен чектелет. Экинчиден, алар микроглиалдык клеткалар тарабынан берилген иммундук системага ээ эмес: эреже катары, бул клеткалар борбордук нерв системасына сырттан көчүп келишет. Үчүнчүдөн, эритмеде өсүп турган структурада организм тарабынан камсыздалган белгилүү бир микрочөйрө жок, бул ага жеткен сигнал берүүчү молекулалардын санын чектейт. Бул маселелерди чечүү химерикалык мээси бар моделдик жаныбарларды түзүү болушу мүмкүн.

Фред Гейдждин жетекчилиги астында Солк институтунун америкалык илимпоздору тарабынан адамдын мээсинин функционалдуу жана тамырлуу органоиддеринин An in vivo модели акыркы эмгеги адамдын мээ органеллинин (башкача айтканда, мини-мээнин) чычкандын мээсине интеграциясын сүрөттөйт.. Бул үчүн илимпоздор алгач өзөк клеткаларынын ДНКсына жашыл флуоресценттик протеиндин генин киргизишти, ошентип микроскопиянын жардамы менен өнүгүп жаткан нерв кыртышынын тагдырын байкоого болот. Бул клеткалардан органоиддер 40 күн бою өстүрүлүп, андан кийин иммундук жетишсиз чычкандын ретроспленалдык кабыгындагы көңдөйгө имплантацияланган. Үч айдан кийин жаныбарлардын 80 пайызында имплант тамыр алган.

Чычкандардын химерикалык мээлери сегиз ай бою талдоого алынган. Флуоресценттик белоктун люминесценциясы менен оңой айырмалануучу органоид ийгиликтүү интеграцияланып, тармакталган тамыр тармагын түзүп, аксондорду өстүрүп, кабыл алуучу мээнин нерв процесстери менен синапстарды түзөрү белгилүү болду. Мындан тышкары, микроглия клеткалары кабыл алуучудан имплантатка көчүштү. Акыр-аягы, изилдөөчүлөр нейрондордун функционалдык активдүүлүгүн тастыкташты - алар электрдик активдүүлүктү жана кальцийдин өзгөрүшүн көрсөтүштү. Ошентип, адамдын «мини-мээси» чычкандын мээсинин курамына толук кирген.

Таң калыштуусу, адамдын нерв тканынын бир бөлүгүн бириктирүү эксперименталдык чычкандардын жүрүм-турумуна таасирин тийгизген жок. Мейкиндикти үйрөнүү үчүн тестте химерикалык мээси бар чычкандар кадимки чычкандардай иштешип, жада калса эс тутуму начарраак болгон - изилдөөчүлөр муну имплантация үчүн мээнин кабыгында тешик жасаганы менен түшүндүрүшкөн.

Ошого карабастан, бул иштин максаты адамдын аң-сезими бар интеллектуалдык чычканды алуу эмес, ар кандай биомедициналык максаттар үчүн кан тамыр тармагы жана микрочөйрө менен жабдылган адамдын мээ органеллдеринин in vivo моделин түзүү болгон.

2013-жылы Рочестер университетинин Трансляциялык нейромедицина борборунун илимпоздору чоң чычкандардын синаптикалык пластикалуулугун жана үйрөнүүсүн күчөтөт. Жогоруда айтылгандай, адамдын кошумча мээ клеткалары (астроциттер) башка жаныбарлардын, атап айтканда чычкандардын клеткаларынан абдан айырмаланат. Ушул себептен улам, изилдөөчүлөр астроциттердин адамдын мээсинин функцияларын өнүктүрүүдө жана сактоодо маанилүү роль ойноорун айтышат. Химерикалык чычкандын мээси адамдын астроциттери менен кантип өнүгө турганын текшерүү үчүн окумуштуулар чычкан эмбриондорунун мээсине жардамчы клетка прекурсорлорун отургузушкан.

Химерикалык мээде адамдын астроциттери чычкандарга караганда үч эсе тезирээк иштешет экен. Анын үстүнө, химерикалык мээси бар чычкандар көп жагынан демейдегиден кыйла акылдуу болуп чыкты. Алар тезирээк ойлонуп, жакшыраак үйрөнүп, лабиринтте багыт алышкан. Балким, химердик чычкандар адамдар сыяктуу ойлонушпаса керек, бирок, балким, эволюциянын башка баскычында өздөрүн сезе алышкан.

Бирок, кемирүүчүлөр адамдын мээсин изилдөө үчүн идеалдуу моделдерден алыс. Чындыгында адамдын нерв кыртышы кандайдыр бир ички молекулярдык саатка ылайык жетилет жана анын башка организмге өтүшү бул процессти тездетпейт. Чычкандар эки эле жыл жашаарын жана адамдын мээсинин толук калыптанышы бир нече ондогон жылдарды талап кылаарын эске алсак, химерикалык мээ форматындагы эч кандай узак мөөнөттүү процесстерди изилдөө мүмкүн эмес. Балким, неврологиянын келечеги дагы эле аквариумдардагы адамдын мээсине таандык - бул канчалык этикалык экенин билүү үчүн, окумуштуулар акылды окуганды үйрөнүшү керек, ал эми заманбап технологиялар муну жакында жасай алат окшойт.