Хибридни мозъци: етиката при трансплантирането на човешки неврони в животни

Трансплантирането на човешки невронни клетки в животински мозъци дава представа за болестите и заедно с това повдига нови етични въпроси.

В тъмна стая в лаборатория в Лондон група студенти и изследователи наблюдават как група човешки мозъчни клетки се установяват в новия им дом: жив мозък на мишка. На компютърен монитор до микроскоп човешките клетки светят в проблясъци на едновременна активност. С течение на времето от клетките покълват нови връзки с дължина няколко сантиметра и образуват мрежи помежду си. Това е завладяващо наблюдение за учениците на Винченцо Де Паола, който ръководи лабораторията в "Импириъл колидж" в Лондон.

Те имат места на първия ред за необичайно шоу. Групата на Де Паола е една от малкото лаборатории, способни да изучават човешки невронни клетки, работещи в жив, развиващ се мозък - система, която иначе е до голяма степен забранена както по етични, така и по технически причини. "Не можем да изучаваме тези процеси, докато се развиват в човешкия мозък", казва той. "Вместо това искахме да наблюдаваме как човешките кортикални неврони узряват и образуват активни мрежи в живо животно."

Системата на Де Паола е специализиран тип невронна химера - област на изследване, която се разшири изключително много през последните пет години, предизвиквайки дебат относно етиката при смесването на човешка и животинска мозъчна тъкан.

Поддръжниците казват, че такива системи вече дават важна информация за здравето и болестите. Например, използвайки невронни химери, учените са открили разлики в това как се развиват и държат невроните при синдрома на Даун и болестта на Алцхаймер.

Но други предупреждават, че такива химери представляват етична сива зона, поради потенциала да замъглят границата между хората и животните или да пренесат човешкото възприятие или познание в животно. Някои изследователи казват, че тези видове химери трябва да се използват само ако не е подходящ друг клетъчен или животински модел. "Това наистина ли е добър модел за отговор на научен въпрос или прекрачваме граници с него?" пита Наоми Морис, биолог в Института "Франсис Крик" в Лондон.

Въпреки че изследванията, използващи химери - образувания, съставени от клетки от различни организми или видове - се провеждат от десетилетия, тези невронни химери разкриват нова етична територия. Специален доклад от 2021 г. за изследване на невронни химери от Националните академии на науката, инженерството и медицината на САЩ, маркира въпроси като възможността животните да бъдат дарени с нови когнитивни способности или симптоми на човешки заболявания, които биха могли да бъдат тревожни . Комитетът препоръча, че въпреки че сегашната регулация на изследванията на стволови клетки и животни е подходяща, полето трябва да се държи под строго наблюдение. Комитетът също така насърчи използването на пилотни проучвания и внимателното наблюдение на животните, за да се идентифицират нови или необичайни поведения.

Тепърва ще има много работа за регулаторите какво да следят. Изследователите обмислят да надхвърлят трансплантацията на няколко изолирани клетки и да създадат химерни животни с човешки мозъчни области. Проучвания, които трансплантират човешки мозъчни стволови клетки в мозъци на маймуни, помогнаха за стартирането на клинично изпитване през 2018 г., тестващо дали трансплантациите на човешки мозъчни стволови клетки могат да лекуват болестта на Паркинсон. През 2019 г. Япония отмени забраната за правителствено финансиране на изследвания с използване на химерни ембриони човек-животно. В много страни, включително Съединените щати и Обединеното кралство, изследванията, които смесват човешки мозъчни клетки или тъкани с мозъка на друго животно, са законово разрешени и могат да бъдат финансирани от правителството с допълнителен преглед. Съединените щати забраняват правителственото финансиране за изследване на химерни ембриони между хора и животни.

Наблюдателите очакват полето да се развива бързо. "Знаем, че ще се развива бързо", казва Инсу Хюн, директор по изследователска етика в Харвардското медицинско училище в Бостън, Масачузетс.

Изследователски бекграунд

Историята на биологията изобилства от химери. Започвайки от началото на 1900 г., ембриолозите изрязват и залепват заедно парчета ембрион от различни животински видове - сливайки пиле с пъдпъдък. Изследователите също въвеждат човешки елементи като органи, клетки или гени в други животни от десетилетия. Често обосновката е да се разбере по-добре как работят биологичните системи или да се намерят леченния за болести, казва Али Бриванлу, биолог в университета Рокфелер в Ню Йорк. Изследователите на рака рутинно трансплантират човешки тумори на мишки, а от края на 80-те години учените създадоха мишки с човешка имунна система.

Има и мотивация с по-голяма практическа полза: да се намерят начини за отглеждане на човешки съвместими органи при животни, за да се облекчи недостигът на органи за трансплантация. През последните няколко месеца изследователи трансплантираха генетично модифицирани бъбреци на свине и сърце на свиня на хора.

Но трансплантации на човешки неврони, които оцеляват в дългосрочен план, са създадени едва през последното десетилетие. През 2013 г. Пиер Вандерхаген, тогава невролог в Свободния университет в Брюксел, и колегите му усъвършенстваха деликатния процес на отглеждане на човешки неврони от стволови клетки до такава степен, че те да виреят — но не да растат неконтролирано в мозъка на мишката, когато бъдат трансплантирани.

Могат ли лабораторно отгледани мозъци да станат съзнателни?

През 2016 г. Националният здравен институт на САЩ предложи премахване на мораториума за финансиране на изследвания, използващи животински ембриони, съдържащи човешки клетки. В агенцията заваляха обществени коментари, изразяващи предимно несъгласие. (Забраната за финансиране остава в сила.) Но проучване от 2020 г. сред 430 души в Съединените щати установи, че 59% подкрепят изследване на химерни ембриони човек-свине, предназначено да произвежда човешки тъкани при прасета.

Прасетата с човешка бъбречна или чернодробна тъкан са едно нещо; нервната тъкан може да не е толкова приемлива. "Мозъкът е този, който хората свързват с морален статус", казва Инсу Хюн, директор по изследователска етика в Харвардското медицинско училище в Бостън, Масачузетс. Въпреки че изследователите казват, че никое от изследванията не се доближава до постигане на човешко съзнание при животно, тази връзка ги кара да преразгледат - в кой момент мозъкът на животното става твърде човешки за комфорта на обществото?

Смесване на мозъчни клетки

През последните пет години изследователите са разработили няколко начина за създаване на невронни химери. Те варират по сложност от трансплантиране на единични човешки неврони или парче култивирана мозъчна тъкан до комбиниране на ембриони от два вида, за да се опитат да произведат химерна мозъчна тъкан от нулата.

Могат ли трансплантациите на тези групи по някакъв начин да променят визуалното или сетивното възприятие на мишката към по-човешка версия? Нито един от екипите не е тествал познавателните способности или поведението на трансплантираните мишки, но всички съобщават, че мишките като цяло са се държали като своите нетрансплантирани връстници. Както Де Паола, така и Вандерхаген, чиято група сега работи във Фламандския институт по биотехнологии, са скептични, че ограниченият брой човешки неврони и връзки могат да променят възгледите на мишката. "Не мисля, че дори няколко хиляди човешки клетки биха стимулирало човешкото поведение или възприятие", казва Вандерхаген. Но той и Де Паола смятат, че работещите в областта трябва да се опитат да определят в кой момент това може да се промени.

Дългоживеещи органоиди

Голям напредък в изследването на човешката мозъчна тъкан в лабораторни условия е появата на мозъчни органоиди, самоорганизиращи се структури, образувани, когато мозъчните стволови клетки се отглеждат в 3D култура.

Мозъчните органоиди стават все по-сложни, откакто бяха създадени за първи път през 2013 г. от Маделин Ланкастър и Юрген Кноблих. Някои изследователи дори са съшили множество органоиди заедно в "асамблеиди".

Органоидите са достатъчно сложни, за да бъдат добър начин да зададете много въпроси за човешкия мозък, но дори асамблеоидите все още са далеч от сложността на истинския, казва Серджиу Паска, невролог от Станфордския университет в Калифорния. Това е така, защото им липсва сензорен вход, кръвоносни съдове, имунни и поддържащи клетки и не получават обратна връзка, казва той. Освен това, след като структурите нараснат над 3-4 милиметра по размер, клетките в средата умират поради липса на хранителни вещества от бульона на клетъчната култура. Може да е трудно да се поддържа растежът им след няколко месеца.

За да преодолеят тези ограничения, невролозите са започнали да трансплантират органоиди в мозъка на животно, за да моделират по-отблизо сложността на човешките мозъчни вериги и как те се объркват при заболяване.

Групата на невролога Ръсти Гейдж от Института за биологични изследвания Солк сега планира да трансплантира мозъчни органоиди, направени от клетки на хора с болестта на Алцхаймер, в здрави мозъци на мишки и, обратно - здрави човешки органоиди в мозъци на мишки, които имитират симптомите на Алцхаймер. Целта е да се разграничи кои видове клетки - самите неврони или други мозъчни клетки като астроцитите - допринасят за възпалението, наблюдавано при болестта.

Какво следва за отглежданите в лаборатория човешки ембриони?

Според Гейдж един ден може да се стигне до персонализирани органоидни трансплантации, които заместват болна или увредена мозъчна тъкан.

За Ланкастър, сега биолог по развитието в Лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж, органоидната трансплантация има своето място, но тя призовава изследователите да проучат внимателно експериментите с животни, които правят, и да се уверят, че са оправдани. "Трябва да бъдем внимателни като изследователи – това е толкова горещо поле с много публикации", казва тя.

Що се отнася до етичния статус на органоидите, Ланкастър, Гейдж и други учени не ги смятат за способни на човешко възприятие, усещане или познание. И Гейдж казва, че трансплантираните органоиди също не се интегрират достатъчно добре, за да придадат някаква значима "човечност".

Химерни ембриони

Друг начин за изследване на развитието на човешки мозък в жив организъм е да се добавят човешки съставки или съставни части в най-ранните етапи на развиващия се ембрион на друго животно. Няколко групи са се опитали да направят химерни ембриони човек-животно, за да изследват развитието на органи, с оглед един ден да направят органи за трансплантация.

Един подход е да се добавят човешки стволови клетки към животински ембриони в рамките на няколко дни след оплождането, когато те все още са само малки топчета от делящи се клетки. Учените са опитали това с гризачи, добитък и, в едно противоречиво проучване от 2021 г., с маймуни, които са много по-близки до хората. Въпреки това, тези химерни ембриони или не се развиват след много ранни етапи, или човешките клетки умират бързо. Учените смятат, че клетките от такива различни животни просто са твърде различни, за да съществуват заедно и да общуват толкова интимно, колкото трябва да се развиват ембрионалните клетки.

Има друг начин за генериране на трансплантируеми органи - и може би един ден мозъчна тъкан, която може да се използва за изследване и лечение на болести. В метод, наречен допълване на бластоциста, учените използват ембрион в малко по-късен стадий, наречен бластоцист, и въвеждат мутации, които му пречат да генерира определен орган, като панкреаса. След това те вземат стволови клетки, които могат да произведат този орган от друго животно, и ги инжектират в бластоциста.

Дали животинските бластоцисти могат да се развият нормално с човешки панкреас, бъбрек или мозъчна област е открит въпрос. Когато човешки клетки се смесват в ембрион от самото начало, организмът често не успява да се развие нормално, но създаването на специфична ниша за един орган или тип тъкан може да улесни човешките клетки да допринесат за развитието на организма, казва Бьорн Швер, молекулярен биолог в Калифорнийския университет в Сан Франциско. Допълването на бластоциста все още не е изпробвано с човешки неврални стволови клетки, но групата на Швер и други обмислят предварителни експерименти, за да направят това. Първият му въпрос е дали част от мозъка на нечовешки примат може да се отгледа в гризач.

Той също така обмисля какво може да е необходимо, както от етична, така и от техническа гледна точка, за да се използва комплементация на бластоцисти за отглеждане на част от човешка мозъчна тъкан в мозъка на развиваща се мишка. Такъв експеримент би могъл да тества как някои мутации стимулират растежа на човешки мозъчен тумор например и може би да намери начини да ги спре.

Подобно на другите изследователи на невронни химери, той не смята, че малка част от човешкия мозък в мозъка на мишка би довела до човешко познание.

Преминаване на когнитивна линия

Но точно тази възможност тревожи етиците и обществеността. "Невронните комбинации засягат това, което ни прави по същество хора – нашите умове, нашите спомени, нашето самоусещане", казва Алта Чаро, биоетик със седалище във Вашингтон и почетен професор в Университета на Уисконсин-Медисън. Обществеността, казва тя, намира идеята за човешки ум, хванат в капан в тялото на животно, или за същество с получовешки мозък, за тревожна.

Тя и други етици смятат, че има голяма празнина в разбирането на обществото за това защо това изследване се предприема. Изследователите на невронни химери трябва да споделят работата си с обществеността по-често, казва тя. С напредването на изследванията Чаро отбелязва, че изследователите ще трябва да обмислят каква част от човешката мозъчна тъкан може да започне да предизвика човешки характеристики в мишка - и кога това може да добави емоционален стрес или болка за животното.

Друг проблем е непредсказуемото поведение на човешки ембрионални клетки, поставени в животински ембрион, и дали те могат да растат извън контрол.

Разбира се, изследването на невронни химери изисква материал от човешки донори и също така повдига въпроси относно съгласието и как правилно да се информират хората, че техните клетки могат да бъдат препрограмирани в неврони и да им бъде даден нов живот в мишка или ембрион.

От своя страна Бриванлу е оптимист, че бъдещите ползи от работата може да променят уравнението. "В момента, в който излекувате болест с това – излекувате дете с болестта на Хънтингтън или болестта Алцхаймер на баба си – всички са съгласни". Пътят дотам обаче е неравен и точно на него се намираме в момента.

mediapool.bg