Kaip mokslininkai studijuoja žmogaus smegenis atskirai nuo kūno

Žurnale "Nature" paskelbėIš eksperimentuoti su žmogaus smegenų audinio etika Robin 17 pirmaujančių neurologai, kur mokslininkai aptarė žmogaus smegenų modelių kūrimo pažangą. Baimė dėl ekspertų, yra šie: tikėtina, kad artimiausioje ateityje modelis bus tokia pažangi, kad jie būtų atlikti ne tik struktūrą, bet ir žmogaus smegenų funkcijas.

Ar įmanoma sukurti "in vitro" yra nervų audinio gabalas, turi sąmonę? Mokslininkai žino, smegenų struktūrą gyvūnų labai išsamiai, bet nerastas iki šiol, kokios struktūros "Kodavimas" ir proto, kaip išmatuoti savo buvimą tada, kai jis ateina į izoliuotą smegenų ar pan.

Į akvariumą smegenų

"Įsivaizduokite, kad jums prabudau izoliuotoje izoliacijos bake - aplink nėra šviesos, nėra garso, jokių išorinių dirgiklių. Tik jūsų sąmonė, kabo tuštumą. "

Ši nuotrauka atstovauti sau ekspertai etikos, komentuodamas pareiškime Jeilio universiteto neurologas Nenad Sestao (Nenad Sestan), kad jo komanda sugebėjo per 36 valandas išlaikyti izoliuotų kiaulių smegenis į "gyvai" būklę.

žinutėMokslininkai laikome kiaulių smegenis gyvas ne kūno sėkmingas eksperimentas buvo atliktas esant etikos komiteto Nacionalinių sveikatos institutų posėdyje kovo šių metų pabaigoje. Pasak mokslininko, naudojant siurblio sistema su šildomomis pavadinimu BrainEx ir sintetinis pakaitalas kraujo, palaiko mokslininkai skysčio cirkuliacija ir deguonies tiekimas į šimtus izoliuotų smegenų gyvūnų mirtimi skerdykloje per porą valandų prieš eksperimentuoti.

Sprendžiant pagal išsaugojimo veiklos milijardų individualių neuronų, įstaigos išliko gyvas. Tačiau mokslininkai negali pasakyti, ar konservuotų kiaulienos smegenys, įdėti į "akvariumą", ženklais sąmonės. Iš elektrinio aktyvumo nebuvimas, įrodyta standartinis metodas naudojant elektroencefalograma, Sestao įsitikinęs, kad "smegenys yra arba nėra nerimauja nieko." Ji yra įmanoma, kad izoliuota gyvūnų smegenų į koma, kuri, visų pirma, galėtų prisidėti prie plaunant jos sprendimo komponentus būklę.

Išsami informacija apie autorių neatskleidžia eksperimentą - jie rengia leidinį mokslo žurnale. Vis dėlto, net ir prastos dalių Sestao pranešti tai sukėlė didelį susidomėjimą ir spekuliacijos apie tolesnei technologijų pažangai daug. Matyt, smegenų išsaugojimas yra techniškai daug sunkiau nei bet kuris kitas organų išsaugojimo transplantacijai, pavyzdžiui, širdies arba inkstų.

Tai reiškia, kad, teoriškai, gali būti laikomas daugiau ar mažiau natūralios būklės ir žmogaus smegenis.

Izoliuoti smegenys gali būti geras modelis, pavyzdžiui, narkotikų tyrimo nes galiojantys norminiai apribojimai taikomi žmonėmis, o ne atskirų organų. Tačiau nuo etikos požiūriu, tai kelia daug klausimų. Net smegenų mirties klausimas išlieka "pilkąją zoną" mokslininkams - nepaisant formalaus egzistavimo medicinos kriterijai, yra panašių narių skaičius, iš kurio grįžti į normalų gyvenimą daugiau įmanoma. Ką mes galime pasakyti apie situaciją, kai sakome, kad smegenys vis dar yra gyvas. Ką daryti, jei izoliuota nuo organizmo smegenys ir toliau būti laikoma savaime visi arba kai kurie iš tapatumo ženklų? Tada tai yra įmanoma įsivaizduoti situaciją aprašyta anksčiau šiame straipsnyje.

Kur sąmonė melas

Nepaisant to, kad iki 80-ųjų XX amžiuje egzistavo tarp mokslininkų advokatai nuo dualizmo teorija, kuri atskiria sielą nuo kūno, mūsų laikais, net filosofai, skirta psichika tyrimo, mes sutinkame, kad visa tai mes vadiname sąmonės generuoja medžiagos smegenyse (istorija klausimą galima skaityti išsamiau, pavyzdžiui, Šiame skyriujeKur yra sąmonė: fonas ir tyrimų perspektyvos iš knygos Nobelio premijos laureatas Eric Kandel "In Search of Memory").

Be to, su šiandienos technologijas, pavyzdžiui, funkcinio magnetinio rezonanso, mokslininkai galima pamatyti, kad kokios smegenų srityse per specifinė psichinės vykdymo yra aktyvuota pratimus. Nepaisant to, sąmonės koncepcija, kaip visuma, yra per efemeriška, o mokslininkai vis dar nesusitarė, ar tai yra vykstančių procesų smegenyse rinkinys, arba ji yra užkoduota atitikti tam tikrus nervinio koreliuoja.

Jis pasakoja savo knygoje, Kandel, pacientams, sergantiems chirurginiu būdu atskirtų pusrutulių smegenų sąmonės, nes jis buvo padalintas į dvi dalis, iš kurių kiekviena gauna nepriklausomą požiūrį į pasaulį.

Šie ir panašūs Neurochirurgijos praktikos atvejai rodo, bent jau tai, kad sąmonės smegenų vientisumo kaip simetrinės struktūros buvimą nebūtina. Kai kurie mokslininkai, įskaitant DNR, Francis Crick, kuris bent gyvenimo pabaigoje tapo domina neurologijos struktūros atradėjas, manoma, kad sąmonės buvimas nustatomas pagal specialias struktūras smegenyse.

Gal tai tam tikras nervinio grandinės, ir gali būti remiant smegenų ląstelių atveju - astrocitaisKad asmuo, palyginti su kitais gyvūnais, tai yra gana specializuojasi. Bet kokiu atveju, prieš individualus žmogaus smegenų struktūrų modeliavimas in vitro ( "In vitro"), ar net in vivo (Kaip dalį gyvūnų smegenyse) mokslininkai jau pasiekė.

Pabusti bioreaktorius

Tai nėra žinoma, kaip greitai jis ateina į eksperimentus su išgauti iš žmogaus kūno visą smegenys - pirma specialistų neurologijos ir etikos turi susitarti dėl žaidimo taisyklių. Nepaisant to, laboratorijų Petri lėkšteles ir bioreaktorių jau išaugoVienas iš trijų dimensijų žmogaus smegenų kultūrų kilimas "Mini smegenys", imituojant "didelis" žmogaus smegenis arba konkretaus departamento struktūra.

Per embriono vystymosi jo organų formuojamos pagal tam tikrus etapus, reglamentuojančių tam tikrų genų įterptųjų programoje pagal saviorganizacijos principu. Ar ne išimtis ir nervų sistema. Mokslininkai nustatė, kad jei kamieninių ląstelių kultūra naudojant tam tikras medžiagas, kad paskatintų diferenciaciją į nervų ląstelių audinių, tai veda prie spontaniškai pertvarkymų ląstelių kultūroje, panašių į tuos, kurie atsiranda per nervinio vamzdelio morfogenezę embrionas.

"Numatytasis" sukeltas tokiu būdu kamieninės ląstelės diferencijuoti baigti žievės neuronų smegenų, bet pridedant išorės signalines molekules Petri lėkštelę gali būti paruošti, pavyzdžiui, ląstelių midbrain, striatum arba stuburo smegenų. Paaiškėjo, kad puodelis gali būti auginamiNeatskiriama mechanizmas corticogenesis iš embrioninės kamieninės ląstelės, tai žievės, taip pat į smegenis, susidedančios iš kelių sluoksnių neuronų ir astrocituose, kurių sudėtyje yra pagalbinės medžiagos.

Ji yra aišku, kad dvimatės kultūrų yra labai supaprastinta modelį. Iš savęs organizavimo nervų audinių principas padėjo mokslininkams greitai peršokti į trimačių struktūrų vadinamų organoidus sferoidai ir smegenų. Organizavimo audinio procesas gali būti paveikta pokyčių pradinių sąlygų, tokių kaip pradinio tankio kultūros ir ląstelių heterogeniškumo ir egzogeninių veiksnių. Tolygiam tam tikrų signalinių kelių veiklą, jūs netgi galite pasiekti formavimąsi Organelės pažangių struktūrų, pavyzdžiui, regos puodelį su tinklainės epitelio, reaguojaMobilusis įvairovė ir tinklo dinamika šviesai žmogaus smegenų organoidų šviesai.

Naudojant specialius perdirbimo laivą ir augimo faktorius leido mokslininkams gauti kryptingaiModeliuojant žmogaus žievės plėtrą in vitro naudojant indukuotas kamieninės ląstelės žmogaus smegenų organoidinis atitinkamą priekinių smegenų pamate (Hemispheres) žievė, kurio vystymosi, atsižvelgiant į genų ir žymeklių naudojimas atitinka išraiškos į pirmąjį trimestrą vaisiaus vystymuisi.

A mokslininkai iš Stanfordo vadovaujama Serghiou Pask (Sergiu Pasca) parengėFunkciniai žievės neuronai ir astrocitais iš žmogaus pliuripotencinių kamieninių ląstelių kultūros 3D būdas augti gabalėlių, kad imituoja Priekšnojauta tiesiogiai Petri lėkštelės. Tokių "smegenys" iš maždaug 4 mm, bet po 9-10 mėnesių brandinimo žievės neuronų ir astrocituose atitinka šios struktūros dydisŽmogaus astrocitų brendimas perimta 3D cerebriniu žievės sferoidai kilęs iš kamieninės ląstelės postnataliniam vystymuisi lygis, ty vystymosi kūdikių lygį iš karto po gimimo.

Svarbu tai, kad kamieninės ląstelės auga šias struktūras galima imtis konkrečių asmenų, pavyzdžiui, pacientams, sergantiems genetiškai nustatytų ligų nervų sistemą. Genetinis inžinerijos sėkmė rodo, kad mokslininkai netrukus galės stebėti in vitro iš neandertaliečių smegenų ar denisovtsa plėtros.

2013 metais, mokslininkai iš molekulinės biotechnologijos Austrijos mokslų akademijos instituto paskelbė dokumentąCerebrinis organoidų modelis žmogaus smegenų vystymąsi ir MikrocefalijaApibūdinanti auginimą iš dviejų tipų kamienines ląsteles bioreaktorius, "miniatiūrinių smegenys", imituojantis žmogaus smegenis kaip visumos struktūrą.

Organelės skirtingi zonos atitinka skirtingų dalių smegenyse nugaros, viduryje ir priekyje ir "priekinių smegenų pamate" net parodė tolesnį diferenciaciją į akcijos ( "pusrutulio"). Kas yra svarbu, šiame mini-smegenų, kurios dydis yra taip pat ne daugiau kaip kelių milimetrų, mokslininkai pastebėjo požymius veiklos, ypač svyravimai kalcio koncentracija per neuronų, kurie rodo jų sužadinimo (daugiau informacijos apie šį eksperimentą perskaitytą galima čia).

Mokslininkų tikslas buvo ne tik atkurti smegenų evoliuciją in vitroBet taip pat studijuoti molekulinius procesus, kurie veda į Mikrocefalija - raidos sutrikimų, kurie atsiranda ypač Embrionų Zika virusas infekcijos metu. Už šį darbą autoriai iškėlė tą patį mini smegenis paciento ląsteles.

Nepaisant įspūdingų rezultatų, mokslininkai buvo įsitikinę, kad tokie organoidus negali suprasti, nieko. Pirma, šioje smegenų yra apie 80 milijardų neuronų ir jų organoidus išaugo eilėmis mažesnis. Taigi, mini smegenys tiesiog negali fiziškai pajėgus iki galo atlikti smegenų funkcijas.

Antra, dėl to, kad "in vitro" pobūdžio kai kurių jos struktūrų buvo įsikūrusi gana chaotiškas ir netaisyklingos formos, ne fiziologinius jungtis vienas su kitu. Jei mini smegenų kažką ir maniau, kad aiškiai buvo kažkas neįprasta mums.

Siekiant išspręsti sąveikos tarp departamentų problemą, neurologai pasiūlė modelio smegenis dėl naujo lygio, kuris buvo pavadintas "assembloidy". Už jų susidarymo pirmasis auginami atskirai Organelle, atitinkančius atskirų dalių, į smegenis, tada jie yra kondensuotas.

Šis požiūris, mokslininkai naudojoAsamblėja funkciškai integruotų žmogaus Priekšnojauta sferoidų ištirti, kaip pluta pastatytas vadinamuosius interneurons, kurios atsiranda po neuronų urmu formavimo migracijos iš kaimyninių Priekšnojauta. Assembloidy kilęs iš dviejų tipų nervų audinių, leidžiama nagrinėti iš interneuron migracijos pacientams, kurie serga epilepsija ir autizmas pažeidimus.

Pabusti kažkieno kūno

Net su visais patobulinimų galima "protų in vitro" griežtai ribojama trimis pagrindinėmis sąlygomis. Pirma, jie neturi kraujagyslių sistemą, kuri leidžia pristatymą deguonies ir maistinių medžiagų su vidaus struktūrų. Dėl šios priežasties, iš mini smegenys dydis yra ribojamas iki molekulių difuzija pro audinį. Antra, jie neturi imuninę sistemą, pateiktą microglial ląstelių: įprastas, šios ląstelės migruoja į centrinę nervų sistemą iš išorės. Trečia, struktūros, didėja tirpalo, nėra konkrečios mikroaplinka su sąlyga, organizme, kuris riboja signalizavimo molekulės įvedant jį skaičių. Sprendimas šių problemų būtų sukurti chimerinis gyvūno modelio smegenis.

Pastaraisiais darbą in vivo modelis funkcinių ir vascularized žmogaus smegenų organoidų Amerikos mokslininkai iš Salk instituto vadovaujama Fred Gage (Fredas Gage) tai apibūdina žmogaus smegenų Organelės (ty mini smegenų), kad pelės smegenų integraciją. Tam, kad tai padaryti, mokslininkai pirmą kartą pastatytas į kamieninių ląstelių genų žaliai fluorescuojančio baltymo DNR į atitinkamų besivystančių nervų audinio likimo gali būti stebimas per mikroskopą. Iš šių ląstelių buvo auginamos 40 dienų organoidus, kad po implantuoti į ertmę retrosplenial žievės su imunodeficitu pelės. Po trijų mėnesių, 80 proc gyvūnų sugauta ant implanto.

Chimeriniai pelės smegenys buvo analizuojami aštuonis mėnesius. Buvo nustatyta, kad organoidus, kuri gali būti lengvai atskirti pagal fluorescencinio baltymo švyti, sėkmingai integruota, susiformavo platus kraujagysles, kad axons augo ir susidaro sinapsių su nervų procesų Magistro smegenys. Be to, iš priimančiosios į implanto perkeltas microglial ląsteles. Galiausiai, mokslininkai patvirtino funkcinį aktyvumą neuronų - jie parodė elektrinį aktyvumą ir kalcio svyravimus. Taigi, žmogaus "mini smegenys" visiškai tapo dalis pelės smegenyse.

Keista, eksperimentinės pelėms integracijos žmogaus nervų audinių gabalas elgesys neturi įtakos. Į bandymo erdvinis mokymosi chimerinis pelės smegenų parodė, tuos pačius rezultatus, kaip ir normalaus pelių, ir skyrėsi net blogiau atminties - mokslininkai paaiškino tuo, kad jie padarė už skylę implantacijos į žievės pusrutuliai.

Vis dėlto, šio darbo tikslas buvo ne gauti protingas pelę su žmogaus sąmonės ir kūrybos in vivo modelis smegenų organoidus asmuo yra įrengta laivų tinklo ir mikroaplinkos įvairių biomedicinos programas.

Eksperimentas buvo visiškai kitoks putPriekšnojauta prigijimas žmogaus glijos ląstelių pirmtakų pagerina sinapsių plastiškumo ir mokymosi suaugusių pelių Mokslininkai iš už Pritaikymo centro neyromeditsiny Ročesterio universiteto 2013 m. Kaip jau anksčiau minėta, pagalbiniai čiulpų ląstelės (astrocituose) Žmogaus skiriasi nuo kitų gyvūnų ląstelių, ypač į pelių. Dėl šios priežasties mokslininkai rodo, kad astrocitais vaidina svarbų vaidmenį kuriant ir prižiūrint žmogaus smegenų funkcijas. Norėdami išbandyti, kaip sukurti chimeriškos pelė su žmogaus smegenų Astrocitas, mokslininkai įdėjome pirmtakai aksesuarai ląsteles į pelės embrionų smegenų.

Paaiškėjo, kad per chimeriniais žmogaus smegenų Astrocitas dirbti tris kartus greičiau nei pele. Be to, chimerinis pelių smegenyse buvo daug protingesni nei vidutinis daugeliu atžvilgių. Jie mano, greitas, geriau apmokyti ir orientuota į labirintą. Tikriausiai chimeriniai pelių nebuvo galvoti, kaip žmonių, tačiau galėjo pajusti kitą etapą evoliucija.

Nepaisant to, už žmogaus smegenų graužikų toli nuo idealaus modelio tyrimas. Tai, kad žmogaus nervų audinio bręsta pagal tam tikrą vidaus molekulinės laikrodis, ir perkelti jį į kitą organizmo nėra pagreitinti procesą. Atsižvelgiant į tai, kad pelės gyveno tik du metus, o bendras formavimas žmogaus smegenų trunka porą dešimtmečių, bet ilgalaikius procesus Chimerinio smegenų tyrimo neįmanoma formatu. Galbūt neurologijos dar už žmogaus smegenys akvariumuose ateitis - išsiaiškinti, kaip tai neetiška, mokslininkai tiesiog reikia išmokti skaityti minčių, ir šiuolaikinės technologijos, atrodo, netrukus leis ją padaryti.

taip pat žr

• 8 maniau, eksperimentus, kad bus padaryti jūs manote →
• 4 klausimai, kurie padės pradėti įdomų pokalbį →
• Kaip išpainioti smegenų paslaptis ir išmokti ją valdyti: 15 naudingų knygų →