นักวิจัยสแตนฟอร์ดปลูกเนื้อเยื่อสมองมนุษย์ในหนูเพื่อศึกษาโรคทางระบบประสาท

นักวิจัยสามารถสร้างหนูมีชีวิตที่สมองส่วนนอกเกือบทั้งหมดเป็นเนื้อเยื่อของมนุษย์ได้สำเร็จ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้กำจัดวิถีประสาทดั้งเดิมของหนูเหล่านี้ เพื่อสร้างช่องว่างให้เนื้อเยื่อสมองมนุษย์ที่เพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการเข้าไปเติมเต็ม เซลล์มนุษย์เหล่านี้ครอบครองพื้นที่ประมาณครึ่งหนึ่งของสมองหนู และเชื่อมต่อกับแหล่งเลือด รวมถึงเซลล์ประสาทในพื้นที่และไขสันหลังของโฮสต์ได้สำเร็จ สัตว์ทดลองที่เรียกว่า "เฮเทอโรคอร์เท็กซ์" (xenocortex) นี้มอบมุมมองที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับการศึกษาโรคทางระบบประสาทของมนุษย์ ตั้งแต่โรคลมชัก ออทิซึม ไปจนถึงสมองพิการ นักวิจัยระบุในผลงานวิจัยว่า "เราคาดว่าเฮเทอโรคอร์เท็กซ์จะมีประโยชน์อย่างมากในการรวบรวมข้อมูลระดับวงจรประสาทและพฤติกรรม โดยใช้เซลล์ประสาทของมนุษย์เพื่อศึกษาการพัฒนาระบบประสาท สร้างแบบจำลองโรค และพัฒนาวิธีการรักษา"

ภาพสแกนตัดขวางด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของสมองหนูเฮเทอโรคอร์เท็กซ์แสดงให้เห็นการประมาณวิถีใยประสาทและแผนที่ทิศทาง เนื่องจากเนื้อเยื่อสมองมนุษย์โดยธรรมชาติแล้วเข้าถึงได้ยาก การศึกษาพัฒนาการและการทำงานของระบบประสาทจึงเป็นเรื่องยากลำบาก ปัจจุบัน แบบจำลองทางระบบประสาทจากเซลล์ต้นกำเนิดของมนุษย์กำลังช่วยให้นักวิจัยเอาชนะอุปสรรคนี้ เทคนิคดังกล่าวยังให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพฤติกรรมของโฮสต์และการพัฒนาของเซลล์ ในท้ายที่สุด แบบจำลองผสมเหล่านี้มอบวิธีการที่มีศักยภาพในการตรวจสอบสุขภาพและโรคของสมองมนุษย์แบบเรียลไทม์

ความก้าวหน้าทางเทคนิคและการดัดแปลงพันธุกรรมของหนู

สมองของหนูตามปกติมีความแออัดเกินไปที่จะเพาะเนื้อเยื่อมนุษย์ในปริมาณมากได้ โดยการแย่งพื้นที่จะเป็นฝ่ายชนะเสมอ และเซลล์มนุษย์จะถูกเบียดออกไป เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยภายใต้การนำของ ดร. แซร์คิว ปาสกา (Sergiu Pasca) ได้ทำการดัดแปลงพันธุกรรมของหนู เพื่อยับยั้งการพัฒนาของสมองส่วนคอร์เท็กซ์และฮิปโปแคมปัสของหนูเอง สัตว์เหล่านี้เกิดมาพร้อมกับช่องว่างขนาดใหญ่ในโครงสร้าง จากนั้นจึงทำการปลูกถ่าย นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนเซลล์ผิวหนังของมนุษย์ให้เป็นเซลล์ต้นกำเนิด เพาะเลี้ยงเป็นออร์แกนอยด์สมองขนาดเล็ก และฉีดเข้าไปในตัวอ่อนของหนู กลุ่มเซลล์มนุษย์ขนาดเล็กเหล่านี้รอดชีวิตและขยายตัวอย่างรวดเร็ว ภายในระยะเวลา 3 เดือน เนื้อเยื่อมนุษย์ที่ปลูกถ่ายได้ขยายตัวขึ้น 5 เท่า เชื่อมต่อกับหลอดเลือดของหนูโดยตรง และยื่นเส้นใยประสาทไปยังไขสันหลังของสัตว์

เนื้อเยื่อสมองมนุษย์ที่เพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการขยายตัวอย่างรวดเร็วหลังการปลูกถ่าย จนครอบครองพื้นที่ส่วนใหญ่ของสมองส่วนคอร์เท็กซ์ของหนู เมื่อเจริญเติบโตขึ้น ได้พัฒนาเป็นเซลล์สมองมนุษย์เฉพาะทางหลายชนิด เซลล์ใหม่เหล่านี้จากนั้นได้เชื่อมต่อโดยตรงกับระบบประสาทที่มีอยู่เดิมของหนู การสแกนสมองและการวัดค่าทางไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่า เซลล์มนุษย์ที่ปลูกถ่ายมีการปล่อยสัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบที่เป็นระเบียบ แสดงพฤติกรรมคล้ายวงจรสมองที่กำลังพัฒนา หนูยังคงสามารถเดินและเคลื่อนไหวได้ตามปกติ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการประสานงานของแขนขาและการทำกิจวัตรตามปกติโดย自发 ทีมวิจัยระบุว่า "การวิเคราะห์พฤติกรรมของหนูที่ไม่มีคอร์เท็กซ์และหนูเฮเทอโรคอร์เท็กซ์ แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการเคลื่อนไหวโดยรวมยังคงอยู่ แต่มีความแตกต่างเฉพาะในการประสานงานของแขนขาและการจัดระเบียบพฤติกรรมแบบ自发"

ความสำคัญทางการแพทย์และข้อพิจารณาด้านจริยธรรม

ความสำคัญทางการแพทย์เหล่านี้ปรากฏให้เห็นทันที ในการทดสอบเพื่อพิสูจน์แนวคิด นักวิจัยได้นำหนูเฮเทอโรคอร์เท็กซ์ไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำเป็นเวลา 5 ชั่วโมง เซลล์ประสาทของมนุษย์ได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงและเฉพาะเจาะจง จำลองการพังทลายของเซลล์ที่เกิดขึ้นในทารกมนุษย์จากการคลอดที่ยากลำบากซึ่งนำไปสู่สมองพิการ โดยไม่คาดคิด แพลตฟอร์มนี้ยังผลิตเซลล์ฟอน เอคโนโม (von Economo) ที่หายาก ซึ่งเป็นเซลล์เฉพาะที่ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากภาวะสมองเสื่อมส่วนหน้า (frontotemporal dementia) ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อการวิจัยดำเนินไป นักชีวจริยศาสตร์และนักปรัชญาได้เข้ามากำกับดูแลสวัสดิภาพและสภาพทางปัญญาของสัตว์เหล่านี้อย่างเข้มงวด

อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้ป่วยนับล้านที่เป็นโรคทางระบบประสาทที่ไม่สามารถรักษาได้ หนูไคเมราเหล่านี้ถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญ ที่นำกล่องดำของสมองมนุษย์มาสู่ความสว่าง ผลการวิจัยนี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 16 กันยายน

ผลกระทบของหนูไคเมราต่อการวิจัยโรคทางระบบประสาท

ความสำเร็จของการวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการเพาะเนื้อเยื่อสมองมนุษย์ในหนู เปิดทางใหม่ในการวิจัยโรคทางระบบประสาท ด้วยการดัดแปลงพันธุกรรม หนูสามารถรองรับเซลล์มนุษย์ได้ และเซลล์เหล่านั้นสามารถทำงานร่วมกับระบบประสาทของโฮสต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจการพัฒนาระบบประสาทและกลไกของโรคในมนุษย์ นอกจากนี้ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีนี้ยังก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับสวัสดิภาพของสัตว์และประเด็นจริยธรรม เนื่องจากพฤติกรรมและสภาพทางปัญญาของหนูไคเมราเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการกำกับดูแลอย่างต่อเนื่อง