Μελέτη αποκαλύπτει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος αναπτύσσεται από δύο ξεχωριστά όργανα

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν είναι το ενιαίο όργανο που οι επιστήμονες θεωρούσαν επί μακρόν. Μελέτη που δημοσιεύθηκε την Παρασκευή στο Nature Neuroscience από ερευνητική ομάδα της Stanford Medicine αποκαλύπτει ότι ο εγκέφαλος αναπτύσσεται από δύο ξεχωριστούς πληθυσμούς προγονικών κυττάρων, ανατρέποντας την επιστημονική συναίνεση δεκαετιών ότι ένας μόνο πρόδρομος δημιουργεί ολόκληρο το όργανο.medicalxpress+1

Δύο συστήματα, ένα όργανο

Το επικρατέστερο μοντέλο ανάπτυξης του εγκεφάλου υποστήριζε ότι όλες οι περιοχές του εγκεφάλου ανάγονται σε ένα κοινό προγονικό κύτταρο κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ζωή. Η νέα έρευνα καταρρίπτει αυτή την ιδέα. Εργαζόμενη με έμβρυα ποντικών κατά τη γαστρίωση, το στάδιο όπου το σώμα παίρνει για πρώτη φορά μορφή, η ομάδα εντόπισε δύο αμοιβαία αποκλειόμενους πληθυσμούς προγονικών κυττάρων. Ο ένας, που εκφράζει το γονίδιο Otx2, προορίζεται να γίνει ο πρόσθιος και ο μέσος εγκέφαλος, οι οποίοι διαχειρίζονται τη γλώσσα, τη συνείδηση και την αφηρημένη σκέψη. Ο άλλος, που εκφράζει το Gbx2, σχηματίζει τον οπίσθιο εγκέφαλο, ο οποίος ελέγχει την αναπνοή, τον καρδιακό παλμό, τον ύπνο και την κατάποση.sciencealert+1

Οι δύο πληθυσμοί δεν αλληλεπικαλύπτονται ποτέ και η συσκευασία του DNA τους, γνωστή ως χρωματίνη, διαφέρει θεμελιωδώς, κλειδώνοντας κάθε τύπο κυττάρου στην αναπτυξιακή του πορεία. "Δείξαμε για πρώτη φορά ότι το μπροστινό μέρος του εγκεφάλου προέρχεται από ένα εντελώς διαφορετικό προγονικό κύτταρο από το πίσω μέρος του εγκεφάλου", δήλωσε ο Kyle Loh, αναπληρωτής καθηγητής αναπτυξιακής βιολογίας στο Stanford και κύριος συγγραφέας της μελέτης.medicalxpress+1

Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι το πρότυπο επεκτείνεται πέρα από τα ποντίκια. Βρήκαν την ίδια δομή διπλής προέλευσης σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα, μακάκους και βελονόγλωσσα, είδη που μοιράζονται έναν κοινό πρόγονο που εκτιμάται ότι έζησε πριν από περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια. "Η έρευνά μας υποδηλώνει ότι η εξέλιξη πήρε δύο υπάρχοντα νευρικά συστήματα και τα ένωσε χωρικά", δήλωσε ο Loh.sciencealert+1

Από την ανακάλυψη στην έρευνα ασθενειών

Το εύρημα επιλύει ένα μακροχρόνιο εργαστηριακό γρίφο. Οι επιστήμονες δυσκολεύονταν επί δεκαετίες να καλλιεργήσουν νευρώνες οπίσθιου εγκεφάλου in vitro, πιθανότατα επειδή ξεκινούσαν με προγονικά κύτταρα που προορίζονταν για τον πρόσθιο εγκέφαλο. "Οι προηγούμενες προσπάθειες για τη δημιουργία νευρώνων οπίσθιου εγκεφάλου πιθανότατα προσπάθησαν να πείσουν τους προγόνους του πρόσθιου και μέσου εγκεφάλου να γίνουν κύτταρα οπίσθιου εγκεφάλου, κάτι που η μελέτη μας δείχνει ότι δεν είναι δυνατό", δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας Rayyan Jokhai.streamlinefeed+1

Εφοδιασμένη με το σωστό αρχικό υλικό, η ομάδα παρήγαγε για πρώτη φορά με επιτυχία λειτουργικούς ανθρώπινους κινητικούς νευρώνες οπίσθιου εγκεφάλου από πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Τα κύτταρα που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο εμφάνισαν ηλεκτρική δραστηριότητα και πρωτεΐνες χαρακτηριστικές των περιοχών του οπίσθιου εγκεφάλου που ελέγχουν τους μύες του προσώπου και της κατάποσης. Αυτή η ικανότητα ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη ασθενειών που καταστρέφουν τους νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένης της νωτιαίας μυϊκής ατροφίας, μιας κύριας γενετικής αιτίας θανάτου σε παιδιά κάτω του ενός έτους, και της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης.medicalxpress+1

"Τώρα έχουμε ένα μοντέλο για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτές τις καταστροφικές ασθένειες και να εργαστούμε προς την κατεύθυνση αναγεννητικών θεραπειών για αυτές", δήλωσε ο Jokhai. "Αυτά είναι πολύ συναρπαστικά νέα σύνορα στην έρευνα του εγκεφάλου".medicalxpress