Posztnatális korba lépett az első miniagy

Az onkológia tudományának radikális változását hozta, amikor lehetővé vált a tumor eltávolítása után sejtjeinek tenyészetben való tanulmányozása. A Stanford University idegkutatója, Sergiu Paşca szerint a pszichiátria hamarosan hasonló forradalmat élhet meg, még akkor is, ha az agy megértése a rákénál jóval nagyobb kihívást jelent. És míg a kórélettanászok kivághatnak és tanulmányozhatnak egy tumort, addig a neurológusok és pszichiáterek nem tehetik meg, hogy egészséges emberek nagyagykérgéből csak úgy kivágjanak egy kis darabot, tehát az agykutatóknak igencsak kreatívnak kell lenniük, írja a quantamagazinban Jordana Cepelewicz.

Paşca és munkatársai (a világ számos helyén tevékenykedő egyre növekvő számú idegkutatóhoz hasonlóan)  miniagyakat állítanak elő, azaz 3D-s agyi organoidokat hoznak létre idegsejtekké alakított őssejtekből. A különböző növekedési faktorokkal megtámogatott őssejtkultúrák hetek és hónapok alatt különféle idegsejttípusokat képviselő neuronokká alakulnak, amik az emberi agy különböző régióira emlékeztető struktúrákba tömörülnek (ezek a  struktúrák azonban egyelőre még lényeges komponenseket – így pl. vérereket és immunsejteket – nélkülöznek).

Az elmúlt 5 év során az agykutatók már többet foglalkoznak ezekkel a miniagyakkal, mint a valódiakkal, teszi hozzá Cepelewicz, azonban a kutatások zöme leginkább csak az embrionális fejlődés első trimeszterét szimuláló agyi organoidokra fókuszál. Holott egyre több bizonyíték támasztja alá, hogy az autizmushoz vagy a szkizofréniához hasonló idegfejlődési zavarok később, a második és harmadik trimeszterben, vagy a születés után kezdődnek, továbbá hogy az agyműködés szubcelluláris szinten is különböző a trimeszterek során.

A Neuron című szaklapban megjelent tanulmányuk szerint most Paşca és munkatársai sikerrel jártak, és olyan miniagyakat állítottak elő, amelyek a korábbiaknál sokkal tovább életben maradnak (Human Astrocyte Maturation Captured in 3D Cerebral Cortical Spheroids Derived from Pluripotent Stem Cells), és akár 850 napig fejlődnek. Vizsgálatukban a kutatók a korábban mellőzött asztrocitákra fókuszáltak, mivel ezek egyéb sejttenyésztési módszerekkel nehezen kezelhetők.

Az asztrociták nagyméretű, nem neuronális sejtek, az idegrostok mellett ezekből épül fel az agy fehérállománya, és a szürkeállományban is jóval több van belőlük, mint neuronból. A tudomány csak a közelmúltban kezdett rájönni, milyen értékes feladatot végeznek ezek a csillag alakú sejtek: segítenek a neuronoknak a szinapsziszformálásban, a szükségtelenné vált neuronok eltakarításában, továbbá összeköttetést létesítenek az erekkel, és érzékelik a traumás behatást. Úgy tűnik, az asztrociták kóros folyamatokban is közreműködnek, így megfigyelték szerepüket idegfejlődési és neurodegeneratív betegségekben (pl. amiotrófiás laterálszklerózis) egyaránt.

Az asztrocitákat tartalmazó organoidok létrehozása és tanulmányozása érdekében Paşca néhány éve kezdett együttdolgozni az asztrocitaszakértő Ben Barres stanfordi laborjával, és sikerült olyan idősebb miniagyakat létrehozniuk, amelyekben az asztrociták valóban érettebb stádiumot képviseltek. Az organoid élete első 9 hónapjában az asztrociták nagyon aktívak voltak, gyorsan szaporodtak, és nagy sebességgel tüntették el a neuronok közötti szinapszisokat – épp úgy, ahogy ezek a folyamatok a magzat agyában is zajlanak. Kilenc hónap elteltével az organoid asztrocitái érettebb szakaszba jutottak, és felépítésük a posztnatális agysejtekre emlékeztetett, más géneket kezdtek expresszálni, szupportív funkcióra váltottak, pl. a szomszédos neuronok érését elősegítendő, serkentették azok kalcium-jelátvitelét.

A kutatók szerint a hosszú életű neuron-asztrocita organoid új lehetőségeket teremt a humán agy fejlődésének és a neurológiai-pszichiátriai betegségek kialakulásának tanulmányozására, és a későbbiekben azt is lehetővé teszi, hogy az onkológusokhoz hasonlóan az agykutatók is az individuális beteg speciális betegségét tükröző génexressziós mintázatú miniagy működését tanulmányozhassák.