Nova studija sa Sveučilišta Stanford dovodi u pitanje dugo uvriježenu sliku prema kojoj cijeli mozak nastaje iz jedne skupine početnih stanica. Istraživači su pokazali da se prednji i srednji mozak te stražnji dio mozga razvijaju iz dviju razvojno odvojenih skupina stanica.
To ne znači da čovjek ima dva fizički odvojena mozga. Riječ je o tome da se različiti dijelovi tog jednog organa u ranom razvoju oblikuju iz različitih skupina matičnih stanica. Rezultati bi mogli pomoći u razumijevanju razvoja živčanog sustava i bolesti koje zahvaćaju moždano deblo, među ostalim amiotrofične lateralne skleroze (ALS) i spinalne mišićne atrofije.
Dvije skupine stanica, dva razvojna puta
Tim sa Sveučilišta Stanford proučavao je razvoj mišjih zametaka i pratio sudbinu stanica iz kojih nastaje živčani sustav. Istraživači su pronašli dvije skupine neuralnih prekursorskih stanica, odnosno stanica koje se mogu umnažati i stvarati različite vrste živčanih stanica.
Prva skupina, koju su nazvali prednjim neuralnim ektodermom, izvor je stanica iz kojih nastaju prednji i srednji mozak. Prednji mozak sudjeluje u složenim funkcijama poput razmišljanja, jezika i planiranja, dok srednji mozak obrađuje važne osjetne i motoričke signale. Druga skupina, stražnji neuralni ektoderm, izvor je stanica iz kojih nastaje stražnji dio mozga, koji upravlja osnovnim funkcijama poput disanja, rada srca i gutanja.
Razlika između tih skupina pojavljuje se vrlo rano. Stanice prednjeg razvojnog puta povezane su s genom Otx2, a stanice stražnjeg razvojnog puta s genom Gbx2. Ti geni nisu samo oznake koje istraživačima pomažu razlikovati stanice; oni su dio razvojnih programa koji usmjeravaju njihov daljnji razvoj.
Stanice se ne miješaju
Analiza je pokazala da se dvije skupine ne preklapaju na način koji bi omogućio da jedna jednostavno preuzme ulogu druge. Istraživači su proučili i kromatin, materijal koji organizira DNK i određuje kojim će genima stanica moći pristupiti. Prednje i stražnje prekursorske stanice imale su različito uređene kromatinske obrasce, što je dodatno učvrstilo njihove različite razvojne putove.
U pokusima s ljudskim pluripotentnim matičnim stanicama istraživači su dobili sličan rezultat. Te se stanice mogu razviti u gotovo bilo koju vrstu stanice u tijelu, ali su se nakon usmjeravanja prema prednjem ili stražnjem neuralnom putu počele razvijati u različite skupine stanica. Jedne su se razvijale u stanice prednjeg i srednjeg mozga, a druge u stanice stražnjeg mozga.
Ovakav pristup važan je i zato što su istraživači uspjeli proizvesti funkcionalne motoričke neurone stražnjeg mozga u laboratoriju. Takve je stanice dosad bilo teško uzgojiti iz ljudskih matičnih stanica. One upravljaju mišićima koji sudjeluju u disanju, gutanju i pokretima jezika i ždrijela.
Zašto je to važno za medicinu?
Kod bolesti poput ALS-a i spinalne mišićne atrofije propadaju upravo određene skupine motoričkih neurona. Ako ih je moguće pouzdano proizvesti u laboratoriju, znanstvenici ih mogu koristiti za proučavanje mehanizama bolesti, testiranje lijekova i razvoj preciznijih modela ljudskog živčanog sustava.
To ne znači da je razvijeno liječenje za te bolesti. Studija pruža eksperimentalni alat koji bi mogao pomoći u budućim istraživanjima. Prije bilo kakve primjene na pacijentima potrebno je utvrditi ponašaju li se laboratorijski uzgojene stanice doista kao neuroni u ljudskom tijelu i mogu li se sigurno povezati s postojećim živčanim mrežama.
Istraživanja moždanih organoida već su pokazala koliko matične stanice mogu pomoći u proučavanju razvoja živčanog sustava. Nova studija dodaje važan detalj: za izradu različitih dijelova mozga nije dovoljno samo koristiti iste stanice i mijenjati uvjete uzgoja, nego treba uzeti u obzir njihov rani razvojni identitet.
Jedan mozak, složen razvoj
Autori smatraju da bi podjela na dva razvojna puta mogla imati duboke evolucijske korijene. Usporedbe s drugim životinjama upućuju na mogućnost da je takav obrazac postojao već prije približno 550 milijuna godina, prije nego što su se razvili prvi kralježnjaci slični današnjima.
Ipak, najjači zaključak studije nije da su prednji i stražnji dio mozga dva zasebna organa, nego da njihov razvoj počinje iz različitih staničnih programa. Kako je u analizi časopisa Nature istaknuo jedan vanjski stručnjak, mozak je i dalje jedan organ koji je izgrađen od dijelova različitog razvojnog podrijetla. Tumačenje rezultata kao doslovnog “spajanja dvaju mozgova” zato bi bilo pretjerano.
Studija je objavljena u časopisu Nature Neuroscience. Ona ne mijenja činjenicu da ljudski mozak djeluje kao jedinstvena, povezana cjelina, ali pokazuje koliko su njegovi razvojni korijeni složeni i koliko bi precizno uzgojene stanice mogle pomoći u razumijevanju bolesti koje je teško proučavati izravno u ljudskom tijelu.
Izvori: Nature Neuroscience i Stanford Medicine.
