Otak dalam tabung uji 04.06.2015

Kita boleh belajar tentang apa yang berlaku di dalam otak dengan bantuan pengimejan resonans magnetik berfungsi (fMRI) - ia membolehkan anda melihat aktiviti di bahagian tertentu tisu saraf dan membandingkan aktiviti ini dengan prestasi tugas tertentu dengan agak tepat. Tetapi kita tidak akan dapat mempelajari segala-galanya tentang otak jika kita tidak menembusi ke tahap selular, ke tahap neuron dan hubungan interneuronal - sinaps, ke tahap sel glial tambahan, yang bukan sahaja menyuburkan neuron, tetapi juga mengganggu. dengan pengaliran isyarat neurokimia. Dan harus diingat bahawa terdapat banyak jenis saraf. Sebagai contoh, jika kita teliti memeriksa korteks serebrum, kita akan mendapati enam lapisan di dalamnya, berbeza antara satu sama lain dalam nisbah neuron jenis yang berbeza. Untuk memahami bagaimana fungsi kognitif yang lebih tinggi direalisasikan pada peringkat molekul-selular (iaitu, korteks terlibat di dalamnya), kita perlu memahami struktur dan hubungan lapisannya antara satu sama lain dengan kehalusan.

Sesuatu, tentu saja, boleh dikaji pada otak tikus dan primata. Di samping itu, interaksi neuron sering dikaji dalam kultur sel: sel hidup dalam medium nutrien di bahagian bawah beberapa kapal makmal, dan ahli sains saraf memantau bagaimana, sebagai contoh, kekuatan sinaps mereka berubah sebagai tindak balas kepada rangsangan tertentu. Akibatnya, beberapa kesimpulan boleh dibuat tentang punca skizofrenia, autisme, dan gangguan kognitif lain - lagipun, dalam kes patologi sedemikian, ia adalah seni bina saraf, hubungan antara neuron antara satu sama lain, yang dilanggar. Tetapi lapisan rata kultur sel masih bukan kulit kayu dengan enam lapisannya. Cara lain ialah menganalisis sampel yang diambil daripada orang yang telah meninggal dunia. Tidak perlu dikatakan, di sini seseorang mesti sentiasa ingat tentang perubahan post-mortem dalam struktur selular, dan adalah mustahil untuk mengkaji pengaliran isyarat dalam sampel tersebut. Sebaik-baiknya, kami ingin mempunyai model selular tiga dimensi di tangan kami yang mencipta semula satu atau satu lagi elemen struktur otak, jika bukan keseluruhan otak. Eksperimen penyelidik dari Universiti Stanford membawa kita lebih dekat kepada ideal ini.

Sudah tentu, perkara itu bukan tanpa sel stem - Sergiu Pasca (Sergiu Pasca) dan rakan-rakannya menerima sel stem teraruh daripada kulit manusia dan kemudian mengubahnya menjadi neuron. Sekarang ini hampir prosedur standard: sel yang dibezakan terpaksa "mengingat masa muda mereka", apabila mereka adalah sel stem dan tidak boleh berbuat apa-apa selain membahagikan. Tetapi ia boleh diubah menjadi mana-mana jenis sel lain, anda hanya perlu mengarahkannya ke laluan yang betul menggunakan isyarat molekul. Pada mulanya, semuanya berjalan seperti biasa: sel stem tiruan tumbuh rata dalam hidangan budaya. Tetapi kemudian mereka dipisahkan dari bahagian bawah dan dipindahkan ke "tempat kediaman" khas baru, di mana mereka tidak lagi dapat melekat dengan kuat ke dinding atau ke bahagian bawah. Dalam beberapa jam, sel-sel bersatu menjadi belon mikro, di mana ia terus membahagi. Dan di sini mereka mula bertukar menjadi sel-sel tisu saraf.

Selepas tujuh minggu, 80% sel, mengikut ciri molekul dan ciri lain, menjadi serupa dengan sel saraf. Selain itu, 7% tidak bertukar menjadi neuron, tetapi menjadi astrosit glial, yang menyokong dan menyuburkan neuron, melindungi mereka daripada penembusan bahan berbahaya dari darah, dan juga mengawal aktiviti neuron. Sehingga kini, tidak mungkin untuk mengembangkan kedua-dua neuron dan sel yang menyokongnya daripada bahan batang yang sama, anda perlu menggunakan astrosit pihak ketiga yang diperoleh daripada garisan sel stem yang berbeza, yang bermaksud bahawa secara genetik kedua-duanya ternyata berbeza - sedangkan di dalam otak semua sel membawa gen yang sama . Sekarang, nampaknya, kesukaran ini akan hilang.

Tetapi perkara yang paling penting menjadi jelas apabila mereka menganalisis struktur kompleks sel (mereka dipanggil spheroid kortikal) - ternyata seni bina mereka serupa dengan yang ada di korteks serebrum. Selain itu, 80% neuron bertindak balas kepada rangsangan luar, dan 86% menunjukkan aktiviti spontan dan membentuk rantai saraf antara satu sama lain, menghantar isyarat kepada satu sama lain. Dalam erti kata lain, adalah mungkin untuk mendapatkan model tiga dimensi korteks serebrum yang agak munasabah.