Tutkimus: Ihmisen aivot kehittyvät kahdesta erillisestä elimestä, ei yhdestä

Ihmisen aivot eivät ole se yhtenäinen elin, jona tutkijat ovat niitä pitkään pitäneet. Stanford Medicinen johtaman tutkimusryhmän perjantaina Nature Neuroscience -lehdessä julkaisema tutkimus paljastaa, että aivot kehittyvät kahdesta erillisestä kantasolupopulaatiosta. Tämä kumoaa vuosikymmeniä vallinneen tieteellisen konsensuksen, jonka mukaan koko elin saa alkunsa yhdestä esiasteesta.medicalxpress+1

Kaksi järjestelmää, yksi elin

Vallitseva malli aivojen kehityksestä on esittänyt, että kaikki aivojen alueet juontavat juurensa yhteiseen kantasoluun varhaisessa alkionkehityksessä. Uusi tutkimus kumoaa tämän ajatuksen. Työskennellessään hiiren alkioiden kanssa gastrulaation aikana, eli vaiheessa, jolloin keho saa ensimmäisen muotonsa, tutkijaryhmä tunnisti kaksi toisensa poissulkevaa kantasolupopulaatiota. Toinen, joka ilmentää Otx2-geeniä, on tarkoitettu etu- ja keskiaivoiksi, jotka vastaavat kielestä, tietoisuudesta ja abstraktista päättelystä. Toinen, joka ilmentää Gbx2-geeniä, muodostaa takaraivon, joka säätelee hengitystä, sydämen sykettä, unta ja nielemistä.sciencealert+1

Nämä kaksi populaatiota eivät koskaan mene päällekkäin, ja niiden DNA-pakkaus, eli kromatiini, eroaa perustavanlaatuisesti, mikä lukitsee kunkin solutyypin omaan kehityspolkuunsa. "Olemme osoittaneet ensimmäistä kertaa, että aivojen etuosa syntyy täysin eri kantasolusta kuin aivojen takaosa", sanoo Stanfordin kehitysbiologian apulaisprofessori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja Kyle Loh.medicalxpress+1

Tutkijat vahvistivat, että malli ulottuu hiiriä laajemmalle. He löysivät saman kaksoisalkuperärakenteen kanoilta, seeprakaloilta, makakeilta ja tammenterhomadoilta, lajeilta, joilla on yhteinen esi-isä, jonka arvioidaan eläneen noin 550 miljoonaa vuotta sitten. "Tutkimuksemme viittaa siihen, että evoluutio otti kaksi olemassa olevaa hermojärjestelmää ja työnsi ne yhteen tilallisesti", Loh sanoi.sciencealert+1

Löydöksestä sairaustutkimukseen

Löydös ratkaisee pitkään jatkuneen laboratoriopulman. Tutkijat ovat kamppailleet vuosikymmeniä kasvattaakseen takaraivon hermosoluja in vitro, todennäköisesti siksi, että he aloittivat etuaivoiksi tarkoitetuilla kantasoluilla. "Aiemmat yritykset valmistaa takaraivon hermosoluja yrittivät todennäköisesti houkutella etu- ja keskiaivojen kantasoluja takaraivon soluiksi, mikä tutkimuksemme mukaan ei ole mahdollista", sanoi toinen pääkirjoittaja Rayyan Jokhai.streamlinefeed+1

Oikean lähtömateriaalin avulla ryhmä onnistui ensimmäistä kertaa tuottamaan toimivia ihmisen takaraivon motorisia hermosoluja pluripotenteista kantasoluista. Laboratoriossa kasvatetut solut osoittivat sähköistä aktiivisuutta ja proteiineja, jotka ovat ominaisia kasvojen ja nielemislihaksia ohjaaville takaraivon alueille. Tämä kyky avaa uusia polkuja sellaisten sairauksien tutkimiseen, jotka tuhoavat takaraivon hermosoluja, mukaan lukien selkäydinlihasrappeuma, joka on johtava geneettinen kuolinsyy alle yksivuotiailla lapsilla, sekä amyotrofinen lateraaliskleroosi.medicalxpress+1

"Nyt meillä on malli, jolla voimme paremmin ymmärtää näitä tuhoisia sairauksia ja työskennellä niiden regeneratiivisten hoitojen parissa", Jokhai sanoi. "Tämä on erittäin jännittävä uusi raja aivotutkimuksessa."medicalxpress