Organoidi – kulture tkiva koje grubo ponavljaju funkcije organa – omogućuju istraživačima da promatraju kako se stanice ponašaju u tkivima in vitro, u laboratoriju. Ovo je osobito korisno kada se radi o istraživanju mozga i stanja koja na njega utječu. Ali koji su neki od etičkih izazova?
Jedno od najvećih otkrića koje se dogodilo u proteklom desetljeću bila je mogućnost utjecaja na odrasle matične stanice da se diferenciraju kako bi se stvorile određene vrste stanica.
Nakon začeća, stanice koje čine embrij su totipotentne i mogu se pretvoriti u bilo koju vrstu stanice koja je potrebna tijelu da razvije punog čovjeka. “Embrionalne stanice unutar prvih par staničnih dioba nakon oplodnje jedine su stanice koje su totipotentne”, objašnjava New York State Stem Cell Science.
Ovo svojstvo se sužava tijekom razvoja i kako čovjek stari, ali tijelo zadržava neke matične stanice tijekom svog života.
Odrasli imaju matične stanice u koštanoj srži, koje im omogućuju stvaranje mnogih vrsta krvnih stanica. To je poznato kao multipotentnost, što je ključno za omogućavanje imunološkom sustavu da, na primjer, odgovori na infekciju.
Iako se mogu diferencirati u mnogo različitih tipova stanica, multipotentne matične stanice se ne mogu diferencirati u sve različite tipove stanica koje tvore tijelo odrasle osobe.
Istraživanje matičnih stanica i modeli organa
Sposobnost da se iskoristi sposobnost kontrole sudbine matične stanice omogućila je istraživačima da istraže sitnice o tome kako naše stanice rade u laboratoriju, i nedvojbeno etičnije i praktičnije nego što se to može učiniti na ljudima ili životinjskim modelima.
Provedeno je mnogo istraživanja o tome kako točno jednu vrstu stanice pretvoriti u drugu, i još su u tijeku. Krvne i kožne stanice već se mogu uzeti od osobe i izložiti određenim kemikalijama i medijima koji im omogućuju da povrate svoju pluripotenciju, sposobnost da se razviju u bilo koju vrstu stanica.
Nazvane induciranim pluripotentnim matičnim stanicama, istraživači trenutno slijede dvije glavne linije rada koristeći ovaj pristup. Napravili su modele embrija pomoću fibroblasta, vrste stanica koje se, primjerice, nalaze u koži. Nedavno stvoreni modeli embrija omogućili su istraživačima promatranje početka organogeneze u laboratoriju.
Organoidi su posebno korisni kada se mogu koristiti za stvaranje modela organa ili tkiva koji se ne mogu lako replicirati ni na koji drugi način. Mozak je primjer toga što je vrlo rizično i teško za biopsiju u usporedbi s kožom, na primjer.
Druga linija rada uključuje stvaranje modela organa ili tkiva poznatih kao organoidi. Oni omogućuju znanstvenicima da istraže kako određene vrste stanica funkcioniraju, a mogu se koristiti čak i za modeliranje cijelih organa.
Zapravo, prvi cerebralni organoid napravljen je od induciranih pluripotentnih matičnih stanica pacijenta s mikrocefalijom, gdje je veličina mozga smanjena.
Istraživači koji su radili s dr. Madeline Lancaster upotrijebili su ovaj model kako bi otkrili da je preuranjena neuronska diferencijacija vjerojatno uzrok smanjene veličine mozga koju su primijetili kod pacijentice, te su rezultate objavili u NatureTrusted Sourceu.
Ovo je otkriće po prvi put pokazalo da se moždane stanice mogu stvoriti iz induciranih pluripotentnih matičnih stanica i moglo bi pružiti uvid u način na koji mozak funkcionira i mehanizme koji podupiru bolest.
Nedavni razvoj
Otkako su ti početni organoidi razvijeni, povećana je složenost stvorenih moždanih organoida i informacija koje su iz njih prikupljene. Istraživači su mogli primijetiti da su inducirane pluripotentne matične stanice sposobne samoorganizirati se u strukture slične onima koje postoje kod životinja i ljudi.
Moždani organoidi stvoreni iz induciranih pluripotentnih matičnih stanica koje su ostavljene da sazrijevaju 60 dana formirali su optičke čašice ili udubljenja na kojima bi se formirale oči, navedeno je u radu objavljenom u Cell Stem Cell prošle godine.
Slično tome, studija objavljena u NatureTrusted Source prošle godine pokazala je stanične promjene u kortikalnim organoidima nakon 250-300 dana in vitro (otprilike 9 mjeseci), koje su oponašale one opažene kod novorođenčadi.
Sposobnost modeliranja razvoja mozga fetusa u laboratoriju također je omogućila postizanje veće jasnoće o utjecaju različitih lijekova na razvoj mozga u maternici.
Skandal s natrijevim valproatom svjetski je skandal u kojem su trudnice koje su imale epilepsiju primale lijek za liječenje koji je uzrokovao ozbiljne poteškoće u učenju kod njihove djece koja su bila izložena lijeku u maternici.
Nedavno je studija objavljena u časopisu PLOS Biology upotrijebila organoide dobivene iz ljudskih stanica kako bi pokazala da je lijek uzrokovao ubrzano starenje i smrt u neuroepitelnim stanicama mozga, objašnjavajući neke od simptoma vidljivih kod oboljele djece.
Drugi se nadaju da bi se organoidi mogli koristiti za modeliranje bolesti. Korišteni su za istraživanje učinka SARS-CoV-2, virusa koji uzrokuje COVID-19, na mozak kako bi se dobio uvid u njegove učinke tijekom početne infekcije i kasnije, a provedena su i neka istraživanja za modeliranje Alzhiemerove bolesti, shizofrenije. , i autizam Pouzdani izvor.
Etičke granice
Jedno od ograničenja korištenja organoida za istraživanje je to što se promatraju in vitro. Način na koji organ može djelovati u sustavu, u vezi s različitim organima ili kada je, na primjer, izložen metabolitima u krvi, može se razlikovati od načina na koji se ponaša kada su stanice izolirane u jednom tkivu.
Nedavno su istraživači stavili organoid dobiven iz ljudskih stanica u mozak štakora, u studiji opisanoj u NatureTrusted Source.
Korištenjem neuralnih organoida kojima je dopušteno da se samoorganiziraju, oni su implantirani u somatosenzorni korteks – koji se nalazi u sredini mozga – novorođenih štakora. Znanstvenici su zatim otkrili da su ovi kortikalni organoidi imali izrasle aksone u mozgu štakora, te su mogli pridonijeti ponašanju traženja nagrade kod štakora.
Ovo otkriće sugerira da su stanice stvorene u laboratoriju prepoznatljive drugim tkivima u tijelu i mogu utjecati na sustave.
Kombiniranje stanica životinja i ljudi nije bez nekih etičkih razmatranja. Zapravo, ovo je bio fokus nedavnog projekta.
Brainstorm Organoid Project objavio je svoj prvi rad u obliku komentara koji opisuje prednosti projekta u Nature NeuroscienceTrusted Source 18. listopada 2022., tjedan nakon objavljivanja gore spomenute studije.
Projekt je okupio istaknute bioetičare u sklopu Inicijative Istraživanje mozga kroz napredne inovativne neurotehnologije (BRAIN) Nacionalnog instituta za zdravlje SAD-a, koji je financirao projekt.
Koautorica komentara dr. Jeantine E Lunshof, voditeljica suradničke etike na Institutu Wyss za biološki inspirirano inženjerstvo na Sveučilištu Harvard, MA, rekla je u intervjuu za Medical News Today da postojeća biomedicinska istraživanja i smjernice za dobrobit životinja već pružaju okvir da se ova vrsta posla obavlja etički.
Ukazujući na smjernice Međunarodnog društva za istraživanje matičnih stanica objavljene prošle godine, izjavila je da one pokrivaju stvaranje himera, gdje se spajaju stanice dviju vrsta.
Ti su hibridi s neprimatima dopušteni, objasnila je: “Ovo je vrlo, vrlo jak naglasak na dobrobiti životinja u ovom dokumentu sa smjernicama ISSCR-a koji je također usklađen s postojećom dobrobiti životinja i protokolima istraživanja na životinjama.”
Trebalo je razmotriti potencijalne dobrobiti ovog istraživanja, “iako smo u ovom trenutku još uvijek u fazi kada je potrebno mnogo temeljnih istraživanja. I mislim da se to zaista mora naglasiti”, rekla je.
Rastuća svijest
Istog dana objavljen je gore spomenuti rad, daljnji rad, Trusted Source, koji opisuje kako su istraživači uspjeli “naučiti” živčane stanice stvorene korištenjem pluripotentnih matičnih stanica izazvanih ljudima kako igrati video igricu Pong.
Ovo je pokazalo važnost strukturirane povratne sprege zatvorene petlje za učenje u ljudskom mozgu, tvrde autori. Također su tvrdili da to pokazuje da su neuroni sposobni za samoorganiziranje i pokazuju osjećaje.
Dr. Brett Kagan, glavni znanstveni direktor tvrtke Cortical Labs, koja je izumila sustav DishBrain koji se koristi za podučavanje kortikalnih neurona, rekao je u intervjuu za MNT da su naravno postojali etički razlozi oko eksperimenata koje su izvodili, ali oni se nisu razlikovali od oni potrebni za tisuće drugih eksperimenata koji se odvijaju diljem svijeta:
“U radu smo vrlo jasni da osjećaj nije svijest […] čudno je da se ljudi bore s nekim stanicama u posudi. Sigurno su manje komplicirani od muhe ili pčele.”
Profesor Alysson R. Muotri, profesor stanične i molekularne medicine na Medicinskom fakultetu UC San Diego, CA, rekao je MNT-u u e-poruci da postoje različiti načini testiranja da se vidi jesu li organoidi došli do svijesti. Oni su navedeni u komentaru kojemu je bio koautor, a koji je objavljen u ožujku 2022. u časopisu Seminars in Cell and Developmental Biology
Na pitanje jesu li neuroni koje je Cortical Labs testirao bili svjesni ili ne, prof. Muotri je rekao: “Teško je sa sigurnošću znati. Međutim, postoje neki testovi koji se mogu napraviti da se vidi reagiraju li na sličan način kao svjesni mozak. Na primjer, možete ih anestezirati i vidjeti hoće li moždani valovi nestati.”
Također je smatrao da ako su stvoreni organoidi koji su svjesni, važno ih je regulirati. “Slično životinjskim modelima u istraživanju koji su svjesni, trebali bismo imati skup pravila za uzgoj svjesnih organoida”, predložio je.
Sljedeći koraci za Cortical Labs su testiranje kako moždani organoidi rade kada su izloženi alkoholu i hoće li moći učiti dok su pod utjecajem. Međutim, postoji još veći prijedlog dr. Kagana, a to je da bi se sustav DishBrain mogao koristiti kao sustav za obradu informacija.
“Vrijedno je uzeti u obzir, barem iz naše perspektive, da ne morate razmišljati o tim neuronima, moždanim stanicama, kao o povezanima samo s ljudskom biologijom i fiziologijom, već ih možete vidjeti kao vrlo moćan sustav za obradu informacija.”
– dr. Brett Kagan
Drugim riječima, organoidi bi se mogli koristiti za obradu informacija uz vrlo malo energije. Svatko tko imalo poznaje ogromnu potrošnju energije koju zahtijevaju veliki podaci koje donosi moderna genomika i informatika, bit će svjestan koliko bi to moglo biti značajno.
Ako se dokaže da je u pravu, to bi bila još jedna blagodat za razvoj organoida.