Yksinkertainen laboratoriopulma avasi suuren tarinan alkuperästämme. Stanfordin tutkijat yrittivät kasvattaa aivokantasoluja viljelyalustoilla ja kohtasivat itsepäisen tosiasian: taka-aivoiksi määrätyt solut kieltäytyivät käyttäytymästä kuten etuaivojen kantasolut. Toiset moninkertaistuivat sujuvasti. Toiset viivyttelivät, vastustivat ja paljastivat sitten syvemmän salaisuuden aivojen rakenteesta ja evoluutiosta.
Varhainen jakautuminen kehityksen alussa
Huolellinen havainnointi alkioista gastrulaation aikana, vaiheessa jossa kehon peruskaavat hahmottuvat, osoitti kahden erillisen soluryhmän eriytyvän lähes alusta alkaen. Tulevat etu- ja taka-aivoalueet eivät muodostu yhdestä erilaistumattomasta solukannasta, vaan ne juontavat eri solulinjoihin. Geneettiset ja epigeneettiset merkkiaineet näissä kahdessa populaatiossa on pakattu eri tavoin, mikä asettaa ne erillisille kehityspoluille.
Yksinkertaisesti sanottuna yksi soluryhmä on ohjelmoitu rakentamaan etuaivoja, kun taas toinen on sitoutunut taka-aivojen muodostamiseen. Nämä ohjelmat eivät ole pelkkiä mieltymyksiä. Ne ovat kromatiiniin ja geeniekspressioverkostoihin upotettuja molekyylisiä tiekarttoja, jotka ohjaavat solujen kohtaloa ilman yhtymäkohtia. Tämä malli selittää laboratoriomysteerin: etuaivokantasoluille optimoidut protokollat eivät houkuttele taka-aivoprekursoreita, koska näillä viimeksi mainituilla on omat säätelyohjeensa.
Miksi tämä muinainen rakenne on tärkeä nykyään
Evoluution tutkijat katsoivat sitten pidemmälle menneisyyteen. Vastaavia kaksiosaisia hermostojärjestelmiä esiintyy kaukaisilla sukulaisilla, kuten enteropneusteilla, jotka jakavat erittäin muinaisen yhteisen kantamuodon selkärankaisten kanssa. Johtopäätös on vaikuttava: hermoston kaksiosainen pohjapiirros ulottuu todennäköisesti vähintään puolen miljardin vuoden taakse. Ajan myötä nämä erilliset järjestelmät yhdistyivät integroiduksi elimeksi, mutta alkuperäiset kaksinaiset juuret näkyvät yhä soluissamme.
Toiminnallisesti jako on looginen. Taka-aivot, jotka sijaitsevat kallonpohjassa, ohjaavat automaattisia elintoimintoja kuten sydämen sykettä, hengitystä ja uni-valverytmiä. Keskiaivot ja etuaivot vastaavat korkeamman tason kognitiosta, kuten kielestä, päättelystä ja abstraktista ajattelusta. Huolimatta erillisistä lähtökohdistaan järjestelmät ovat tiukasti kytkeytyneet, koordinoiden kaikkea refleksistä tietoiseen päätöksentekoon.
Työ, joka julkaistiin arvostetussa tieteellisessä julkaisussa, menee evoluution kertomusta syvemmälle. Paljastamalla, miten taka-aivosolut on yksilöity erityisellä tavalla, Stanfordin tiimi kehitti menetelmän tuottaa kestäviä taka-aivojen motoneuroneja ihmisen kantasoluista laboratoriossa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat tehokkaasti tuottaneet näitä alemman tason motorisia neuroneja in vitro, ja se on selkeä askel kohti kliinistä hyötyä.
Alemman tason motoriset neuronit ovat ensisijaisia kohteita sairauksissa kuten amyotrofinen lateraaliskleroosi ja selkäydinlihasatrofia. Luotettavan solulähteen saaminen avaa oven uskollisempiin taudinmallinnuksiin, parempaan lääkevalintaan ja lopulta solupohjaiseen terapeuttiseen tutkimukseen. Jos etu- ja taka-aivot todella seuraavat erillisiä kehityskäsikirjoituksia, räätälöidyt viljelymenetelmät ovat välttämättömiä siirrettäessä tutkimustuloksia kliiniseen käyttöön.
"Se, mikä näytti teknisenä harmillisuutena, muuttui ikkunaksi evoluutioomme", sanoi tutkimuksen johtava tutkija. "Kaksinaisten alkuperien tunnistaminen antoi meille mahdollisuuden kirjoittaa kantasolureseptit uudelleen ja kasvattaa lopulta tarvitsemamme neuronit."
Seuraavina askelina ovat tarkkojen molekyyliisten kytkinten kartoittaminen, jotka lukitsevat solun etu- tai taka-aivon kohtaloon, sekä testaaminen, toistaako potilaalta johdetut kantasolut sairauden piirteitä tarkemmin, kun ne erilaistetaan taka-aivopolun mukaisesti. Löytö muuttaa tapaa, jolla neurotieteen tutkijat ajattelevat aivojen kehitystä, ja tarjoaa uusia työkaluja neurodegeneratiivisten sairauksien torjuntaan.
Vaikutukset
Otsikko on sekä yksinkertainen että syvällinen: ihmisaivot eivät kehityksellisesti ole yhden komponentin elin. Sen kaksi muinaista järjestelmää jättivät geneettisen jäljen, jolla on merkitystä evoluution, perustieteen ja lääketieteen kannalta. Tutkijoilla on nyt selkeämpi tiekartta tavoitella vaikeasti tavoitettavia taka-aivoneuroneja, ja tuo selkeys voi nopeuttaa hoitojen kehitystä sairauksiin, jotka kohdistuvat näihin soluihin.
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.