Stanford transplanterar mänsklig hjärnvävnad i möss

Forskare vid Stanford University har transplanterat laboratorieodlad mänsklig hjärnvävnad i möss som konstruerats för att sakna större delen av sin hjärnbark. Detta har skapat hybrid-djur vars hjärnor till volymen är ungefär hälften mänskliga, ett framsteg som forskare säger kan förändra studiet av psykiatriska och neuroutvecklingsrelaterade störningar.

Studien, som publicerades på onsdagen i tidskriften Nature, beskriver hur teamet under ledning av neuroforskaren Sergiu Pașca odlade tredimensionella kluster av mänskliga kortikala neuroner, så kallade organoider, från omprogrammerade hudceller. Dessa placerades sedan kirurgiskt i nyfödda möss vars hjärnbark och hippocampus genetiskt eliminerats under utvecklingen. Inom tre månader hade den mänskliga vävnaden expanderat till att utgöra mer än 90 procent av hjärnbarkens volym, och bildat funktionella kopplingar genom musens nervsystem som sträckte sig ända till ryggmärgen.reuters+3

Hur det fungerar

Forskarna kallar de resulterande djuren för "xenokortikala" möss. Tidigare försök att ympa in mänskliga neuroner i gnagarhjärnor har varit begränsade eftersom mänskliga neuroner utvecklas ungefär 20 gånger långsammare än musneuroner, vilket gör att de inte kan konkurrera om utrymmet. Genom att genetiskt ta bort de celler som normalt bildar musens hjärnbark gav Pașcas team den mänskliga vävnaden utrymme och tid att växa.npr

"Det utrymme som normalt upptas av musens hjärnbark gjorde att vi kunde transplantera mänskliga kortikala organoider kort efter födseln och gav den mänskliga vävnaden utrymme att växa omfattande," sa Pașca. Trots att de saknade ungefär hälften av sin hjärnvolym var de konstruerade mössen förvånansvärt funktionella före transplantationen, vilket är ett bevis på den utvecklande hjärnans plasticitet.iflscience+1

Transplantaten producerade också sällsynta von Economo-neuroner, stora celler som är inblandade i social kognition och frontotemporal demens, som aldrig tidigare genererats i en levande laboratoriemodell.sciencealert+1

Ett nytt fönster mot sjukdom

I beteendetester presterade möss med reducerad hjärnbark som fick mänskliga organoider bättre på en labyrintuppgift för arbetsminne än de utan transplantationer, och närmade sig nivån hos normala möss. När de utsattes för låg syrehalt, ett tillstånd som möss vanligtvis tolererar väl men som kan orsaka cerebral pares hos människor, uppvisade de xenokortikala mössen nervskador och gångstörningar, vilket efterliknade en distinkt mänsklig sårbarhet.thetransmitter+3

"Psykiatrin har en av de lägsta framgångsfrekvenserna för kliniska prövningar," sa Pașca vid en presskonferens. "Läkemedel som verkar fungera riktigt bra i djurmodeller misslyckas dramatiskt i kliniken. Det berättar för oss att vi saknar mycket information om mänsklig biologi".bbc

Etisk terräng

Forskarna betonade att detta inte är möss med mänskliga hjärnor. Djuren behåller musens sinnesorgan och subkortikala strukturer, och den transplanterade vävnaden saknar den skiktade arkitekturen hos en mogen mänsklig hjärnbark. Teamet avslutade medvetet experimenten innan de mänskliga neuronerna nådde ett utvecklingsstadium förknippat med markörer för medvetande.newscientist+2

Ändå menar externa experter att arbetet öppnar upp för ny etisk terräng. "Detta för oss in i nya gråzoner för vilka det inte finns tydliga etiska riktlinjer eller normer," sa bioetikern Nita Farahany vid Duke University, som inte var involverad i studien. Hongkui Zeng från Allen Institute varnade för att liknande procedurer i större djur med längre livslängd skulle väcka betydligt allvarligare farhågor.npr

Pașca erkände spänningen men pekade på kostnaden av att inte agera. "Neurologiska och psykiatriska störningar drabbar nästan en av fem personer," sa han, "och för många av dessa tillstånd förstår vi fortfarande inte den underliggande biologin tillräckligt väl för att utveckla effektiva behandlingar".reuters