Wetenschappers proberen de hersenen van mensen en andere dieren zo dicht mogelijk bij het heden te creëren. Dit is belangrijk voor experimenten, orgaantransplantatie en de studie van ziekten. Het is mogelijk dat het in de nabije toekomst mogelijk zal zijn om met bewustzijn monsters te kweken in reageerbuizen.
Varkens zonder kop
In april 2018 publiceerde het tijdschrift Nature een open brief van 17 vooraanstaande neurofysiologen in de wereld waarin werd opgeroepen tot de ontwikkeling van regels en beperkingen voor experimenten met kunstmatig gegroeid zenuwweefsel, aangezien het zeer binnenkort mogelijk zal zijn om niet alleen de structuren, maar ook de functies van de hersenen opnieuw te creëren. Met andere woorden, het is zeer waarschijnlijk dat sommige laboratoriummonsters op het punt staan tekenen van bewustzijn te vertonen, en u moet hierop voorbereid zijn. Dit was in feite een reactie op een rapport van wetenschappers van Yale University dat ze de hersenen van het varken, gescheiden van het lichaam, 36 uur in leven hielden. Een speciaal ontworpen BrainEx verwarmd pompsysteem en een synthetische bloedvervanger werden gebruikt om de bloedcirculatie naar de hersenen van meer dan honderd dieren te herstellen vier uur nadat ze waren onthoofd. In de aldus gereanimeerde hersenen werden miljarden levende, efficiënte zenuwcellen gevonden. Er was echter geen elektrische activiteit - dit werd aangetoond door een elektro-encefalogram. Daarom concludeerden wetenschappers dat de hersenen leven, maar in coma zijn, wat betekent dat er geen bewustzijn is. Volgens de auteurs van het werk kunnen de gerevitaliseerde varkenshersenen verder dienen als materiaal voor het testen van nieuwe medicijnen tegen kanker of de ziekte van Alzheimer. Bovendien kan deze ontdekking technisch gezien worden gezien als een manier om een orgaan in leven te houden voor verdere transplantatie of om hersenen te laten groeien in een laboratorium. Volgens de auteurs van het werk kunnen de gerevitaliseerde varkenshersenen verder dienen als materiaal voor het testen van nieuwe medicijnen tegen kanker of de ziekte van Alzheimer. Bovendien kan deze ontdekking technisch gezien worden gezien als een manier om een orgaan in leven te houden voor verdere transplantatie of om hersenen te laten groeien in een laboratorium. Volgens de auteurs van het werk kunnen de gerevitaliseerde varkenshersenen verder dienen als materiaal voor het testen van nieuwe medicijnen tegen kanker of de ziekte van Alzheimer. Bovendien kan deze ontdekking technisch gezien worden gezien als een manier om een orgaan in leven te houden voor verdere transplantatie of om hersenen te laten groeien in een laboratorium.
Hersenen in een reageerbuis
Dit probleem is nauw aangepakt sinds het midden van de jaren 2000, toen Japanse biologen consequent de cerebrale cortex, hypofyse en optische cup hebben laten groeien - een uitgroei van de diencephalon-wand in het embryo van zoogdieren. Stamcellen zijn overal gebruikt als bouwmateriaal. In 2012 verkregen Amerikaanse wetenschappers onder laboratoriumomstandigheden een voorhersenen met een cortex, waarvan de ontwikkelingsfase overeenkwam met de hersenen van een menselijk embryo aan het einde van het eerste trimester van de zwangerschap. Deskundigen van de Stanford University gingen verder en drie jaar later creëerden ze kleine knobbeltjes die de hersenen van een pasgeboren baby direct na de geboorte nabootsen. Tegelijkertijd hebben onderzoekers van de Universiteit van Ohio uit stamcellen een volwaardig menselijk brein laten groeien, wat overeenkomt met het niveau van een vijf weken oud embryo. Volgens de auteurs van het experiment,bijna volledig reproduceerde alle hoofdgebieden van de hersenen, maar het vasculaire systeem ontbrak. Daarom kon hij zich niet verder ontwikkelen en functioneren.
Klein maar afgelegen
Reageerbuishersenen zijn nog erg klein. De afmetingen van Stanford-monsters zijn bijvoorbeeld slechts drie tot vier millimeter. Het in Ohio gemaakte orgel is niet groter dan een gum op de punt van een potlood.
Promotie video:
De belangrijkste reden voor de verkleining is het gebrek aan zuurstof en voedingsstoffen, die het vasculaire systeem aan de inwendige organen levert. Kunstmatige hersenen hebben zo'n systeem niet, en de enige manier waarop de moleculen van noodzakelijke stoffen kunnen doordringen, is door weefsels.
Bovendien is de voedingsoplossing waarin de hersenen worden gekweekt, niet in staat de specifieke micro-omgeving waarin de menselijke hersenen groeien en zich ontwikkelen volledig te reproduceren. Dit beperkt op zijn beurt de toegang van signaalmoleculen die signalen of stimuli van cel naar cel verzenden. In een levend organisme leiden verstoringen in de signaaloverdracht tot de ontwikkeling van kanker, auto-immuunziekten en diabetes, bij kunstmatige organismen - tot beperking van de omvang.
Neanderthaler hersenen
Een van de mogelijke oplossingen is het creëren van chimera-dieren, dat wil zeggen de transplantatie van de volwassen delen van het menselijk brein naar een soort proefdier. De eerste experimenten zijn uitgevoerd op muizen. In 2015 kondigden specialisten van het Salk Institute for Biological Research (VS) aan dat ze organellen die in een reageerbuis waren gegroeid, in de hersenen van knaagdieren hadden getransplanteerd en erin slaagden ze te verbinden met de bloedsomloop van dieren. Na drie maanden had 80 procent van de muizen kunstmatig neuraal weefsel geënt. Toegegeven, zoals de auteurs van de werknota, werden de geopereerde knaagdieren niet slimmer: hun gedrag verschilde niet van normaal. Wetenschappers zijn van mening dat dergelijk onderzoek een revolutie teweeg zal brengen in de regeneratieve geneeskunde en ervoor zal zorgen dat gekweekte cellen bij mensen kunnen worden geïmplanteerd. Als de experimenten succesvol zijn, is het mogelijk om alle organellen die in een reageerbuis zijn gemaakt, te transplanteren, inclusief Neanderthaler. Nog niet zo lang geleden verkregen Amerikaanse biologen de hersenen van een Neanderthaler in het laboratorium. Hiervoor werd een mutatie die kenmerkend is voor het genoom van oude mensen in het DNA van stamcellen geïntroduceerd. Eén mutatie veranderde de structuur van neurale verbindingen radicaal en zelfs de vorm van organellen.
Neuronen in Neanderthaler zenuwweefsel migreerden sneller en vormden minder synapsen in vergelijking met het menselijk brein. Volgens de auteurs van het onderzoek is dit vergelijkbaar met wat er gebeurt in organellen gemaakt van autistische cellen. Maar kunstmatig neuraal weefsel zegt zelf weinig over hoe het volwassen brein zal functioneren - en dat is waar wetenschappers vooral in geïnteresseerd zijn.
Om alle processen die plaatsvinden in het Neanderthaler brein te begrijpen, moet je er elektrische activiteit in vastleggen, wat duidt op bewustzijn. En hier zullen wetenschappers de grijze zone betreden, waarvoor de auteurs van de aprilbrief waarschuwden. Ze zullen een prachtig experimenteel model hebben dat veel vragen zal helpen beantwoorden, maar dit model zal alles voelen en waarschijnlijk begrijpen.
Alfiya Enikeeva
