מדענים יצרו עכברים היברידיים שיכולים להשתמש בתאי עצב של חולדה כדי להריח, ומציגים שיטות חדשות פוטנציאליות לחקר מחלות מוח.
חוקרים ב אוניברסיטת קולומביה הנדסו עכברים עם מוח חלקי של חולדה, חלק של עכבר, המאפשרים להם להריח כמו חולדות. פריצת דרך זו מדגימה את יכולתו של המוח לשלב תאים זרים ויכולה לקדם את ההבנה והיכולת שלנו לטפל במחלות מוח אנושיות.
אם עכברים תוהים אי פעם איך זה לחוות את העולם כחולדה, חלקם מסוגלים כעת לחיות את החלום הזה, לפחות בכל הנוגע לחוש הריח.
חוקרים בראשות קריסטין בולדווין מאוניברסיטת קולומביה יצרו עכברים עם מוח היברידי – חלק עכבר, חלק חולדה – שחשים את ריחות העולם בעזרת נוירוני החולדה שלהם.
זו הפעם הראשונה שחיה הצליחה להשתמש במנגנון החישה של אחר כדי לחוש ולהגיב במדויק לעולם, והיא אינדיקציה אחת לכמה גמיש המוח יכול להיות בשילוב תאי מוח חיצוניים.
"המחקר הזה מתחיל להראות לנו איך אנחנו יכולים להרחיב את הגמישות של המוח כך שיוכל להכיל סוגים אחרים של תשומות, מממשקי אדם-מכונה או תאי גזע מושתלים", אומר בולדווין, פרופסור לגנטיקה ופיתוח באוניברסיטת קולומביה ואגלוס מכללת רופאים ומנתחים.
היפוקמפוס של עכבר עם תאי חולדה (אדומים) וגרעינים של תאי עכבר וגם של חולדה (כחול). קרדיט: M. Khadeesh Imtiaz, המרכז הרפואי של אוניברסיטת קולומביה
מטרות היברידיות
אחד האתגרים הגדולים ביותר בהבנה ובטיפול במחלות של המוח האנושי הוא שאי אפשר להבין את ההפרעות הללו במלואן בשיטות מחקר עדכניות.
"יש לנו מודלים יפים של תאים בתבשילים ותרביות תלת מימד הנקראות אורגנואידים ולשניהם יש את היתרונות שלהם", אומר בולדווין, "אבל אף אחד מהם לא מאפשר לך לקבוע אם התאים באמת מתפקדים ברמה הגבוהה ביותר".
מוחות היברידיים יאפשרו לחוקרים להבין טוב יותר כיצד תאי מוח חולים או מתים ולהבין טוב יותר את הכללים של תיקון והחלפת חלקים במוח.
"כרגע, חוקרים משתילים תאי גזע ונוירונים לאנשים עם פרקינסון ואפילפסיה. אבל אנחנו לא ממש מבינים עד כמה זה יעבוד", היא מוסיפה. "עם מודלים של מוח היברידי, אנחנו יכולים להתחיל לקבל כמה תשובות ובקצב מהיר יותר מאשר ניסוי קליני."
יצירת מוחות היברידיים
חוקרים יצרו בעבר מוחות היברידיים על ידי הזרקת נוירונים או השתלת אורגנואידים במוח בגודל אפונה מאחד מִין לתוך מוח מתפתח או מוח שנוצר במלואו, עכבר או חולדה.
"הניסויים האלה אמרו לנו שאנחנו מוגבלים במקצת מתי ואיך אנחנו יכולים להוסיף תאי מוח למוח קיים", אומר בולדווין. "אם המוח התפתח לנקודה מסוימת, התאים המושתלים לא בהכרח מתחברים זה לזה כראוי."
במקום זאת, הצוות של בולדווין הכניס תאי גזע של חולדה לבלסטוציסטים של עכברים, שלב מוקדם בהתפתחות המתרחש שעות ספורות לאחר ההפריה, כך שתאי החולדה והעכבר יוכלו לגדול יחד ולהשתלב בעצמם.
הטכניקה, הנקראת השלמה בלסטוציסטית, דומה לטכניקה המשמשת ליצירת עכברים עם מערכת חיסון אנושית, שהוכחו ככלי מחקר רבי עוצמה. אבל עד למחקר זה, הטכניקה לא הצליחה ליצור מוחות היברידיים של שני מינים שונים.
"מה שאנחנו עושים זה ממש מתקדם", אומר בולדווין.
נוירונים של חולדה משחזרים את חוש הריח בעכברים
בניסויים ההיברידיים הראשונים של הצוות, הם בדקו היכן הופיעו נוירוני חולדה במוח העכבר. חולדות מתפתחות בקצב איטי יותר ויש להן מוח גדול יותר, אך בעכבר, תאי החולדה עקבו אחר הוראות העכבר, האיצו את התפתחותן ויצרו את אותם סוגי קשרים כמו עמיתיהם העכברים.
"ניתן לראות תאי חולדה כמעט בכל מוח העכבר, וזה די מפתיע אותנו", אומר בולדווין. "זה אומר לנו שיש מעט מחסומים להחדרה, מה שמצביע על כך שניתן להחליף סוגים רבים של נוירונים של עכברים בנוירון דומה של חולדה."
לאחר מכן בדקו החוקרים אם נוירוני החולדה שולבו במעגל עצבי פונקציונלי, במקרה זה, חלק ממערכת הריח, החיונית לעכברים למציאת מזון ולהימנעות מטורפים. על ידי הנדסת עובר העכבר להרוג או להשבית את נוירוני הריח שלו, החוקרים יכלו לקבוע בקלות אם נוירוני חולדה החזירו לבעלי החיים את חוש הריח.
"החבאנו עוגיה בכל כלוב של עכבר, והופתענו מאוד לראות שהם יכולים למצוא אותה עם נוירוני החולדה", אומר בולדווין.
עם זאת, כמה עכברים הצליחו למצוא את העוגייה יותר מאחרים. החוקרים גילו שעכברים ששמרו על נוירוני ריח משלהם, מושתקים, הצליחו פחות למצוא עוגיות נסתרות מאשר עכברים שתאי הריח שלהם תוכננו להיעלם במהלך הפיתוח.
"זה מצביע על כך שהוספת נוירונים חלופיים היא לא "הכנס והפעל", אומר בולדווין. "אם אתה רוצה תחליף פונקציונלי, ייתכן שתצטרך לרוקן נוירונים לא מתפקדים שפשוט יושבים שם, מה שיכול להיות המקרה בכמה מחלות ניווניות וגם בהפרעות נוירו-התפתחותיות כמו אוטיזם וסכיזופרניה."
עם מערכת המוח ההיברידית שנוצרה על ידי הצוות של בולדווין, החוקרים יכולים כעת להשתמש בעכברים כדי לנתח בקפידה את מה שקרה במודלים השונים, מה שעשוי בסופו של דבר לעזור לשפר את הצלחת השתלת תאים אנושיים.
היברידי פרימט?
חיסרון אחד של מערכת המוח ההיברידית החדשה הוא שתאי החולדות הופצו באקראי בכל חיה אחרת, מכשול בהרחבת מחקרים אלה למערכות חושיות ועצביות אחרות במוח. המעבדה של בולדווין מנסה כעת למצוא דרכים להניע את התאים המוכנסים להתפתח לסוג תא אחד בלבד, מה שעשוי לאפשר ניסויים מדויקים יותר.
אם ניתן להגביל תאים מוכנסים בהתפתחותם בתוך מוחות היברידיים, זה יכול גם לפתוח את הדלת ליצירת מוחות היברידיים עם נוירונים פרימטים. "זה יעזור לנו להתקרב עוד יותר להבנת מחלות אנושיות", אומר בולדווין.
