საუკუნეების განმავლობაში ბიოლოგები და ნეირომეცნიერები დარწმუნებულნი იყვნენ, რომ ადამიანის ტვინი, მისი ურთულესი სტრუქტურის მიუხედავად, საერთო ემბრიონული საწყისიდან ვითარდებოდა. სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევართა გუნდმა ჟურნალ Nature Neuroscience-ში გამოქვეყნებული ახალი კვლევით ეს ფუნდამენტური წარმოდგენა ეჭვქვეშ დააყენა.

ზრდასრული ადამიანის ტვინში სამი მთავარი რეგიონია: წინა, შუა და უკანა; წინა ტვინი ენობრივ პროცესებს, ცნობიერებასა და აბსტრაქტულ აზროვნებას აკონტროლებს, ხოლო უკანა ტვინი სუნთქვის, ძილის, გულისცემისა და შიმშილის რეგულაციაში მონაწილეობს. მიუხედავად ამ კრიტიკული მნიშვნელობისა, აქამდე ლაბორატორიულ პირობებში უკანა ტვინის ნეირონების გაზრდა გადაულახავი დაბრკოლება იყო. ეს ისეთი მომაკვდინებელი დაავადებების კვლევას აფერხებდა, როგორიცაა, მაგალითად, ამიოტროფული გვერდითი სკლეროზი (ALS) და ზურგის კუნთოვანი ატროფია (SMA).

ასევე იხილეთ: ახალი კვლევის თანახმად, ადამიანის ტვინი ორი ორგანოა და არა ერთი

სტენფორდის კვლევამ აჩვენა, რომ ემბრიონული განვითარების ეტაპზე ტვინი წინამორბედი უჯრედების არა ერთი, არამედ ორი სრულიად განსხვავებული პოპულაციისგან ყალიბდება, რომლებსაც კონკრეტული გენები მართავს. კერძოდ, ერთ პოპულაციაში Otx2 გენია აქტიური და მისი ჩართულობით წინა და შუა ტვინი ვითარდება; მეორეში Gbx2 გენი დომინირებს, რომელიც უკანა ტვინის ჩამოყალიბებასთან ასოცირდება. ამასთან, განსხვავებულია მათი ეპიგენეტიკური სურათიც — ქრომატინის (სტრუქტურა, რომელიც დნმ-ს "ფუთავს") ორგანიზაცია. ის განსაზღვრავს, თუ რომელი გენები გააქტიურდება და როგორ განვითარდება უჯრედები.

მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ის, რასაც ერთიან ორგანოდ მოვიხსენიებთ, რეალურად, ორი სრულიად დამოუკიდებელი, ევოლუციურად გამიჯნული უჯრედული ხაზის — წინა და უკანა ნერვული ექტოდერმის — შერწყმის შედეგი შეიძლება იყოს. ამან მკვლევრებს საშუალება მისცა, ლაბორატორიაში პირველად გაეზარდათ უკანა ტვინის ის სპეციფიკური ნეირონები, რომლებიც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია.

ამ აღმოჩენის დეტალებზე NEXT.On.ge-ს კვლევის თანაავტორი, კაილ ლო ესაუბრა, რომელიც სტენფორდის უნივერსიტეტის განვითარებითი ბიოლოგიისა და რეგენერაციული მედიცინის მკვლევარია.

კვლევა აჩვენებს, რომ წინა და უკანა ტვინი სრულიად განსხვავებული წინამორბედი უჯრედებისგან წარმოიქმნება და განვითარების დამოუკიდებელ გზებს გადის. როგორ ცვლის ეს აღმოჩენა ტვინის განვითარების შესახებ არსებულ წარმოდგენას?

ტვინი ერთიანი ორგანოა, მაგრამ აღმოვაჩინეთ, რომ დედის მუცელში ნაყოფის განვითარებისას ის ორი სხვადასხვა წყაროსგან ყალიბდება. ეს ორი ნაწილი, ტვინის წინა და უკანა უბნები, ერთიანდება და მთლიან, ინტეგრირებულ ორგანოს ქმნის.

მაგალითად, სმარტფონებს სხვადასხვა ქვეყანაში დამზადებული მრავალი დეტალისგან აწყობენ, მაგრამ, საბოლოოდ, ერთ მთლიან, ფუნქციურ მოწყობილობას ვიღებთ.

თქვენი მიგნებები მიუთითებს, რომ ამ ორ ნერვულ სისტემას ძალიან ძველი და განცალკევებული ევოლუციური საწყისი აქვს. რას გვეუბნება ეს იმაზე, თუ როგორ შეერწყა ისინი ერთმანეთს და ფუნქციურ ტვინად იქცა?

სხვა ნოვატორმა მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ მედუზებს სხეულის სხვადასხვა ბოლოში ორი განცალკევებული ნერვული რგოლი აქვთ. ჩვენი ვარაუდით, ევოლუციის პროცესში ერთიანი ტვინის განვითარების "დიდი გეგმა" არ არსებობდა. პირიქით, სავარაუდოდ, თავდაპირველად ორი დამოუკიდებელი ნერვული სისტემა ჩამოყალიბდა.

ევოლუციის შემდგომ ეტაპებზე ეს ორი სისტემა შეიძლება დაახლოვდა, რამაც ერთიანი, ინტეგრირებული ტვინის ფორმირება განაპირობა. მნიშვნელოვანია ხაზგასმით აღვნიშნოთ, რომ ეს ჯერჯერობით მხოლოდ იდეაა და, შესაძლოა, შეიცვალოს, როცა მეცნიერები მეტს გაიგებენ.

ნაშრომის მიხედვით, წინა და უკანა ტვინის უჯრედები თავიდანვე მკაცრად გამიჯნული და სრულიად სხვადასხვანაირად დაპროგრამებულია. ასეთი ღრმა ბიოლოგიური სხვაობის მიუხედავად, როგორ ახერხებენ ისინი განვითარების პროცესში უშეცდომოდ მომუშავე ნერვულ ქსელად გაერთიანებას?

თაგვის ემბრიონში ორი სხვადასხვა წინამორბედი [უჯრედი] განცალკევებულია, მაგრამ ზუსტად ერთმანეთის გვერდითაა განლაგებული. შესაბამისად, წინა/შუა ტვინი და უკანა ტვინი ახლო-ახლო ვითარდება. სავარაუდოდ, სწორედ ეს ფიზიკური სიახლოვე აძლევს საშუალებას წინა და უკანა ტვინს, რომ განვითარების გვიან ეტაპებზე ერთმანეთს მარტივად დაუკავშირდეს.

მეცნიერები ლაბორატორიაში ადამიანის უკანა ტვინის ნეირონების შექმნას წლების განმავლობაში უშედეგოდ ცდილობდნენ. როგორ მიხვდა თქვენი გუნდი, რომ სწორედ განვითარების ეს სპეციფიკა ხსნიდა ამ წარუმატებლობას?

პეტრის ჯამში [ლაბორატორიული ჭურჭელი] უკანა ტვინის უჯრედების გასაზრდელად, პირველ რიგში, უნდა გაგვეგო, როგორ წარმოიქმნება ის ბუნებრივად, როცა ნაყოფი დედის მუცელში ვითარდება. უნიკალური წინამორბედი უჯრედების (ე.წ. "დამფუძნებელი უჯრედების") აღმოჩენით, რომლებიც უკანა ტვინს აყალიბებენ, ჩვენ შევძელით, ღეროვანი უჯრედები ლაბორატორიაში უკანა ტვინის უჯრედებად გარდაგვექმნა.

რა იქნება თქვენი ლაბორატორიის შემდეგი ნაბიჯები ამ ნეირონების გამოყენებით ისეთი დაავადებების ლაბორატორიულ პირობებში შესასწავლად, როგორიცაა, მაგალითად, ამიოტროფული გვერდითი სკლეროზი (ALS) და ზურგის კუნთოვანი ატროფია (SMA)?

ამიოტროფული გვერდითი სკლეროზი და ზურგის კუნთოვანი ატროფია მომაკვდინებელი დაავადებებია. კერძოდ, ზურგის კუნთოვანი ატროფია 1 წლამდე ასაკის ჩვილებში სიკვდილიანობის ნომერ პირველი გენეტიკური მიზეზია. ორივე დაავადება უკანა ტვინის იმ მოტორულ ნეირონებს ანადგურებს, რომლებიც კვებაში, ყლაპვასა და მეტყველებაში ჩართულ კუნთებს აკონტროლებენ.

ჩვენ არ შეგვიძლია პაციენტის უკანა ტვინიდან ცოცხალი მოტორული ნეირონების ამოღება, რათა დავაკვირდეთ, როგორ უტევს მათ ეს დაავადებები. შესაბამისად, პეტრის ჯამში უკანა ტვინის მოტორული ნეირონების გაზრდა ამ დაავადებების გამოკვლევის საშუალებას გვაძლევს.

ვიმედოვნებთ, რომ შევისწავლით, როგორ მოქმედებს ALS, SMA და სხვა მდგომარეობები ადამიანის უკანა ტვინის მოტორულ ნეირონებზე, რათა მომავალში ეს სისტემა პოტენციური მკურნალობის გზების აღმოსაჩენად და შესამოწმებლად გამოვიყენოთ.

ახლა, როცა ამ უჯრედების ლაბორატორიაში შექმნა უკვე შეგიძლიათ, ხომ არ ფიქრობთ, რომ Gbx2 გენის ხაზს რაიმე სპეციფიკური ეპიგენეტიკური სისუსტე აქვს? იქნებ სწორედ ეს ხსნის, რატომ უტევს ეს დაავადებები მიზანმიმართულად უკანა ტვინს და არა წინა ტვინს?

ეს ძალიან კარგი კითხვაა! ჯერჯერობით არ ვიცით, რატომ არის ზოგიერთი ნეირონი SMA-ისა და ALS-ის მიმართ მოწყვლადი, ზოგი კი — რეზისტენტული. (მცირე შესწორება: ALS ნეირონების რამდენიმე ტიპზე ზემოქმედებს, მათ შორის წინა ტვინის ნეირონებზე, უკანა ტვინის მოტორულ ნეირონებთან ერთად).

კვლევა ასევე შიმშილსა და მეტაბოლურ რეგულაციასთან კავშირზე მიუთითებს. როგორ შეიძლება ლაბორატორიაში გაზრდილი უკანა ტვინის ნეირონების გამოყენება მადისა და მეტაბოლიზმის უკეთ შესასწავლად ან სიმსუქნის მკურნალობის პოტენციური გზების გასაგებად?

უკანა ტვინი ევოლუციურად უძველეს ნერვულ წრედებს შეიცავს, რომლებიც შიმშილის შეგრძნებას აკონტროლებს. სხვა მეცნიერების მნიშვნელოვანმა ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ოზემპიკი და მსგავსი პრეპარატები მადის შესამცირებლად და, შესაბამისად, სხეულის მასის კლების მისაღწევად სწორედ უკანა ტვინზე მოქმედებს.

ჩვენი შემდეგი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი იქნება, რომ ლაბორატორიაში შევქმნათ ადამიანის უკანა ტვინის ის სპეციფიკური ნეირონები, რომლებიც შიმშილსა და მადას არეგულირებენ. ამის მეშვეობით შეიძლება უკეთ გავიგოთ, როგორ მუშაობს ოზემპიკი და სხვა პრეპარატები. ასევე, შეიძლება ამან, პოტენციურად, სხეულის მასის კლების ხელშემწყობი ახალი თაობის მედიკამენტების აღმოჩენამდეც მიგვიყვანოს.

სტენფორდის მეცნიერების ეს აღმოჩენა კიდევ ერთხელ ამტკიცებს, რომ მომავლის მედიცინა ჩვენი სხეულის ევოლუციური საწყისების გააზრებაზე დგას. მილიონობით წლის წინ ჩამოყალიბებული ბიოლოგიური მექანიზმების გაშიფვრა შანსს გვაძლევს, უმძიმესი ნევროლოგიური თუ მეტაბოლური დაავადებები დავამარცხოთ.