התחדשות מהפכה: תאי גזע של חולדה משחזרים את מעגלי המוח של העכבר

צוותי מחקר חידשו בהצלחה מעגלי מוח של עכברים באמצעות תאי גזע של חולדה, והציגו שיטה חדשה לשיקום תפקוד המוח ולחקר התפתחות המוח בין המינים.

ממצאים אלו פותחים אפשרויות לטיפול במחלות נוירולוגיות ולהבנת התפתחות המוח, תוך שהם מרמזים על יישומים קליניים עתידיים ועל אתגרים אתיים בשימוש בטכניקות דומות להשתלת איברים אנושיים.

מדענים מחדשים נתיבים עצביים בעכברים עם תאים מחולדות

שתי קבוצות מחקר עצמאיות שיקמו בהצלחה מעגלים מוחיים בעכברים באמצעות נוירונים שמקורם בתאי גזע של חולדה. פורסם לאחרונה בכתב העת תָאמחקרים אלו מספקים תובנות חשובות לגבי התפתחות רקמת המוח ופותחים אפשרויות חדשות להצערת תפקודי המוח שאבדו עקב מחלות והזדקנות.

"מחקר זה עוזר להראות את הגמישות הפוטנציאלית של המוח בשימוש במעגלים עצביים סינתטיים כדי לשחזר את תפקודי המוח", אומרת קריסטין בולדווין, פרופסור ב- אוניברסיטת קולומביה בניו יורק ומחבר מקביל של אחד משני המאמרים. הצוות של בולדווין שיחזר מעגלים עצביים של ריח העכבר, הנוירונים המחוברים זה לזה במוח האחראים על חוש הריח, ותפקודם באמצעות תאי גזע של חולדות.

הנדסה גנטית בין מינים והשלכותיה

"היכולת ליצור רקמות מוח מאחת מִין בתוך אחר יכול לעזור לנו להבין את התפתחות המוח ואת האבולוציה במינים שונים", אומר ג'ון וו, פרופסור חבר במרכז הרפואי הדרום-מערבי של אוניברסיטת טקסס בדאלאס ומחבר מקביל של המאמר השני. הצוות של Wu פיתח פלטפורמה מבוססת CRISPR שיכולה לזהות ביעילות גנים ספציפיים המניעים את הפיתוח של רקמות ספציפיות. הם בדקו את הפלטפורמה על ידי השתקת גן הדרוש להתפתחות המוח הקדמי בעכברים ולאחר מכן שחזרו את הרקמה באמצעות תאי גזע של חולדה.

עכברים וחולדות הם שני מינים שונים שהתפתחו באופן עצמאי במשך כ-20 עד 30 מיליון שנה. בניסויים קודמים, מדענים הצליחו להחליף לבלב בעכברים באמצעות תאי גזע של חולדה באמצעות תהליך שנקרא השלמה בלסטוציסט. כדי שתהליך זה יעבוד, חוקרים מחדירים תאי גזע של עכברים בלסטוציסטים של עכברים – עוברים בשלב מוקדם – שאין להם את היכולת לפתח לבלב עקב מוטציות גנטיות. לאחר מכן התפתחו תאי הגזע של החולדה ללבלב החסר והשלימו את תפקידו.

פריצות דרך בחידוש רקמות המוח

אך עד כה, לא דווח על יצירת רקמות מוח באמצעות תאי גזע ממין אחר באמצעות השלמה של בלסטוציסט. כעת, באמצעות CRISPR, הצוות של וו בדק שבעה גנים שונים ומצא שזה נוק אאוט Hesx1 יכול ליצור באופן מהימן עכברים שאין להם מוח קדמי. לאחר מכן, הצוות הזריק תאי גזע של חולדה בבלסטוציסטים של Hesx1 עכברי נוקאאוט, ותאי החולדות מילאו את הנישה כדי ליצור מוח קדמי בעכברים. לחולדות יש מוח גדול יותר מאשר לעכברים, אבל המוח הקדמי ממקור החולדה התפתח באותו קצב וגודל כמו זה של עכברים. בנוסף, נוירונים של חולדה הצליחו להעביר אותות לנוירוני העכבר השכנים ולהיפך.

החוקרים לא בדקו אם המוח הקדמי מתאי גזע של חולדה שינה את התנהגויותיהם של עכברים. "יש חוסר במבחנים התנהגותיים טובים כדי להבחין בין חולדות לעכברים", אומר וו. "אבל מהניסוי שלנו, נראה שהעכברים האלה עם מוח קדמי של חולדה לא מתנהגים בצורה יוצאת דופן."

יישומים מתקדמים וצפי עתידי

במחקר השני, הצוות של בולדווין השתמש בגנים ספציפיים כדי להרוג או להשתיק נוירונים תחושתיים חושיים של עכברים המשמשים לחוש הריח והחדירו תאי גזע של חולדה לעוברי העכברים. מודל ההשתקה מחקה את מה שרואים בהפרעות נוירו-התפתחותיות, שבהן נוירונים מסוימים אינם יכולים לתקשר היטב עם המוח. מודל ההרג הסיר את הנוירונים לחלוטין, תוך הדמיה של מחלות ניווניות.

הם מצאו שהשלמה של בלסטוציסט שיחזרה מעגלים עצביים של ריח העכבר בצורה שונה בהתאם לדגם. כאשר נוירונים של עכברים היו נוכחים אך שקטים, הנוירונים של החולדות עזרו ליצור אזורי מוח מאורגנים יותר בהשוואה למודל ההרג. עם זאת, כשהצוות בדק את כימרות העכברושים הללו על ידי הכשרתם למצוא עוגיה נסתרת קבורה בכלוב, נוירונים של חולדה היו הטובים ביותר בהצלת התנהגויות במודל ההרג.

"התוצאה המפתיעה באמת מאפשרת לנו לבחון מה שונה בין שני מודלים של מחלות ולנסות לזהות מנגנונים שיכולים לעזור לשחזר תפקודים בכל אחד מהסוגים של מחלות מוח", אומר בולדווין. הצוות שלה בדק גם השלמה של בלסטוציסטים בעכברי מודל מחלה באמצעות תאים מעכברים עם מערכות ריח נורמליות. הם הראו שהשלמה תוך-מין הצילה מציאת עוגיות בשני הדגמים.

חקר הגבולות של מדע הרפואה

"כרגע, אנשים מושתלים עם נוירונים שמקורם בתאי גזע עבור מחלת פרקינסון ואפילפסיה בניסויים קליניים. עד כמה זה יעבוד? והאם רקע גנטי שונה בין החולה לתאים המושתלים יהווה מחסום? מחקר זה מספק מערכת שבה נוכל להעריך את האפשרויות להשלמת מוח של אותו מין בקנה מידה גדול בהרבה מניסוי קליני", אומר בולדווין.

השלמה של בלסטוציסטים עדיין רחוקה מיישום קליני בבני אדם, אך שני המחקרים מצביעים על כך שתאי גזע ממינים שונים יכולים לסנכרן את התפתחותם עם המוח של המארח.

מדענים ערכו גם ניסויים בגידול איברים אנושיים במינים אחרים כמו חזירים באמצעות השלמה בלסטוציסטית. בשנה שעברה, מדענים יצרו כליות עובריות באמצעות תאי גזע אנושיים בחזירים, מה שהציע פתרון פוטנציאלי לאנשים הרבים שנמצאים ברשימת ההמתנה להשתלות.

"השאיפה שלנו היא להעשיר את איברי החזיר באחוז מסוים של תאים אנושיים, במטרה לשפר את התוצאות עבור מקבלי האיברים. אבל כרגע, יש עדיין אתגרים טכניים ואתיים רבים שעלינו להתגבר עליהם לפני שנוכל לבדוק זאת בניסויים קליניים", אומר וו.

מלבד ההשלכות של המחקרים ברפואה, הצוותים מעוניינים להשתמש בגישה זו גם כדי לחקור את המוח של מכרסמי בר רבים שלא היו נגישים במעבדה.

"יש יותר מ-2,000 מיני מכרסמים חיים בעולם. רבים מהם מתנהגים בצורה שונה מהמכרסמים שאנו נוהגים ללמוד במעבדה. השלמה של בלסטוציסטים עצביים בין המינים יכולה לפתוח את הדלת לחקור כיצד המוח ממינים אלה מתפתחים, מתפתחים ומתפקדים", אומר וו.

למידע נוסף על מחקר זה, ראה עכברים שהונדסו עם נוירונים של חולדה מראים כישורים חושיים מתקדמות.