Kā cilmes šūnu inovācijai ir uzlaboti neirozinātnes pētījumi

Viens no vērtēšanas faktoriem, pētot cilvēka smadzenes, ir spēja veikt pētījumus par faktiski funkcionējošiem cilvēka smadzeņu audiem. Rezultātā tiek veikti daudzi zinātniski pētījumi par grauzējiem kā zīdītāju aizstājēju. Šīs pieejas trūkums ir tāds, ka grauzēju smadzenes ir atšķirīgas pēc uzbūves un funkcijas. Pēc Džona Hopkinsa teiktā, strukturāli cilvēka smadzenēs ir aptuveni 30 procenti neironu un 70 procenti glijas, savukārt peles smadzenēm ir pretējs koeficients [1]. MIT pētnieki atklāja, ka cilvēka neironu dendrīti pārraida elektriskos signālus atšķirīgi no grauzēju neironiem [2]. Novatoriska alternatīva ir cilvēka smadzeņu audu audzēšana, izmantojot cilmes šūnu tehnoloģiju.

Cilmes šūnas ir nespecializētas šūnas, no kurām rodas diferencētas šūnas. Tas ir salīdzinoši nesen atklāts, kas datēts ar 80. gadiem. Embrija cilmes šūnas pirmo reizi 1981. gadā atklāja sers Martins Evanss no Kārdifas universitātes, Lielbritānijā, pēc tam Kembridžas universitātē, 2007. gada Nobela prēmijas laureāts medicīnā [3].

1998. gadā izolētas cilvēka embrija cilmes šūnas laboratorijā audzēja Džeimss Tomsons no Viskonsinas universitātes Madisonā un Džons Gearharts no Džona Hopkinsa universitātes Baltimorā [4].

Astoņus gadus vēlāk Shinya Yamanaka no Kioto universitātes Japānā atklāja metodi, kā peles ādas šūnas pārveidot par pluripotentām cilmes šūnām, izmantojot vīrusu četru gēnu ieviešanai [5]. Pluripotentajām cilmes šūnām ir spēja attīstīties cita veida šūnās. Jamanaka kopā ar Džonu B. Gurdonu ieguva Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā 2012 par atklājumu, ka nobriedušas šūnas var pārprogrammēt, lai tās kļūtu par pluripotentām [6]. Šis jēdziens ir pazīstams kā inducētas pluripotentās cilmes šūnas vai iPSC.

2013. gadā Eiropas zinātnieku pētnieku grupa, kuru vadīja Madeline Lancaster un Juergen Knoblich, izstrādāja trīsdimensiju (3D) smadzeņu organoīdu, izmantojot cilvēka pluripotentās cilmes šūnas, kas “izauga līdz apmēram četriem milimetriem un varēja izdzīvot pat 10 mēnešus . [7]. ” Tas bija nozīmīgs sasniegums, jo iepriekšējie neironu modeļi tika kultivēti 2D.

Pavisam nesen, 2018. gada oktobrī, Tuftu vadītu zinātnieku komanda izaudzēja cilvēka smadzeņu audu 3D modeli, kas vismaz deviņus mēnešus demonstrēja spontānu nervu darbību. Pētījums tika publicēts 2018. gada oktobrī Amerikas Ķīmijas biedrības žurnāls ACS Biomaterials Science & Engineering [8].

Sākot no cilmes šūnu sākotnējās atklāšanas pelēm līdz 3D cilvēka nervu tīklu modeļu audzēšanai no pluripotentām cilmes šūnām mazāk nekā 40 gadu laikā, zinātnes attīstības temps ir bijis eksponenciāls. Šie 3D cilvēka smadzeņu audu modeļi var palīdzēt attīstīt pētījumus, lai atklātu jaunas Alcheimera, Parkinsona, Hantingtona, muskuļu distrofijas, epilepsijas, amiotrofiskās laterālās sklerozes (pazīstamas arī kā ALS vai Lū Gehriga slimības) un daudzu citu smadzeņu slimību un traucējumu ārstēšanas metodes. Instrumenti, kurus neirozinātne izmanto pētniecībai, attīstās izsmalcinātībā, un cilmes šūnām ir svarīga loma progresa paātrināšanā, lai sniegtu labumu cilvēcei.

Autortiesības © 2018 Cami Rosso Visas tiesības aizsargātas.

2. Rosso, Kamī. "Kāpēc cilvēka smadzenes demonstrē augstāku intelektu?" Psiholoģija šodien. 2018. gada 19. oktobris.

3. Kārdifas universitāte. "Sers Martins Evanss, Nobela prēmija medicīnā." Iegūts 2018. gada 23. oktobrī vietnē http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans

4. Sirds skati. “Cilmes šūnu laika skala.” 2015. gada apr-jūn. Iegūts 2018. gada 23. augustā vietnē https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. Scudellari, Megana. "Kā iPS šūnas mainīja pasauli." Daba. 2016. gada 15. jūnijs.

6. Nobela prēmija (2012-10-08). “Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā 2012 [Preses relīze]. Iegūts 2018. gada 23. oktobrī vietnē https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/

7. Rojahn, Susan Young. "Zinātnieki aug 3-D cilvēka smadzeņu audus." MIT tehnoloģiju apskats. 2013. gada 28. augusts.

1. Kantlijs, Viljams L .; Du, Chuang; Lomoio, Selēna; DePalma, Tomass; Peirents, Emīlija; Kleinkņehts, Dominiks; Mednieks, Mārtiņš; Tangs-Šomers, Min D .; Tesco, Giuseppina; Kaplans, Deivids L. ” Funkcionāli un ilgtspējīgi 3D cilvēka neironu tīkla modeļi no pluripotentām cilmes šūnām. ”Amerikas Ķīmijas biedrības žurnāls ACS Biomaterials Science & Engineering. 2018. gada 1. oktobris.