Vědci vytvořili miniaturní mozky, které si pamatují svůj věk a žijí rekordních šest let
InovaceLidský mozek, složený z 86 miliard neuronů a bilionů spojení, je složitý biologický stroj, jehož vývoj trvá přibližně 20 let. Tato dlouhá doba zrání a skutečnost, že je mozek uzavřen v lebce, ztěžují experimentální přístup k jeho studiu.
Lidský mozek, složený z 86 miliard neuronů a bilionů spojení, je složitý biologický stroj, jehož vývoj trvá přibližně 20 let. Tato dlouhá doba zrání a skutečnost, že je mozek uzavřen v lebce, ztěžují experimentální přístup k jeho studiu. Vědci proto v laboratoři vytvářejí miniaturní mozky, známé jako organoidy, které nyní dosáhly průlomu: dokážou vnímat plynutí času a uchovávat buněčnou paměť o svém vývojovém stáří. Tyto organoidy, odvozené z kmenových buněk, jsou zároveň nejdéle žijícími, jaké byly dosud pozorovány, s životností téměř šest let, což je výrazný posun oproti dřívějším experimentům omezeným na týdny či měsíce.
Tato práce ukazuje, že rozmanité buňky v organoidech se mohou vyvíjet po značně dlouhou dobu a jsou schopny zaznamenávat i vyvolávat svůj vývojový věk. Systémy poskytují bohatství dat o jinak obtížně prozkoumatelných obdobích postnatálního vývoje lidského mozku. Vědci již dříve vytvářeli mozkové organoidy, ale tento nový výzkum představuje dva zásadní kroky vpřed: v dlouhověkosti a funkci.
K měření zrání desítek organoidů byly použity různé genetické, zobrazovací a elektrofyziologické metody. Klíčové bylo využití DNA markerů jako „epigenetických hodin“, které prokázaly, že kultivované vzorky zrály podobně jako skutečné mozky. Většina širokých typů buněk vykazovala nepřetržité molekulární zrání po celou dobu experimentu, což zahrnovalo vznik astrocytů, které podporují krevně-mozkovou bariéru, a oligodendrocytů, které vytvářejí myelinovou pochvu izolující nervová vlákna. Přestože byl zaznamenán postupný pokles počtu neuronů, populace těchto buněk dokázaly přežít v kultuře téměř šest let. Vědci také ukázali, jak neurony zachovat: udržováním jejich spontánního „pálení“ (aktivity), což je podpořeno specializovaným kultivačním médiem napodobujícím chemické prostředí centrálního nervového systému.
Nejzajímavější je, že mozkové buňky zřejmě zaznamenávají plynutí času prostřednictvím „buněčných vnitřních hodin“, které určují tempo vývoje mozku. K otestování této hypotézy vědci rozdělili organoidy různého stáří na jednotlivé buňky a poté je znovu sestavili do „chimeroidů“ – miniaturních entit složených z komponent různého věku. Tyto chimeroidy si zachovaly buněčnou paměť o svém předchozím vývojovém stáří i po rozložení a opětovném shromáždění. Například chimeroid vytvořený ze starých buněk produkoval věkově odpovídající potomstvo, jako jsou astroglie, i když byl po opětovném sestavení kultivován pouze 15 dní. Když byly smíchány s mladšími buňkami, chimeroidy se posunuly k poněkud mladším molekulárním stavům, ale stále si uchovaly důkazy o své předchozí vývojové historii.
Díky dlouhodobé udržitelnosti organoidů poskytují vědci nový způsob, jak modelovat vybrané molekulární, strukturální a funkční rysy postnatálního zrání lidských mozkových buněk. Tyto systémy a množství dat z nich získaných představují silný experimentální nástroj a zdroj informací pro pochopení dosud málo prozkoumaných mechanismů řídících neotenii, zrání a evoluci lidského mozku.