מוח אנושי זעיר גודל במעבדה - ועשוי לחולל מהפכה בחקר אלצהיימר ואוטיזם

חוקרים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בארה"ב הצליחו לגדל במעבדה מוח אנושי מיניאטורי מתאי גזע הכולל לראשונה גם רקמות מוח מאזורים שונים וגם כלי דם. המודל החדשני, המכונה "אורגנואיד מוח רב-אזורי" (Multi-Region Brain Organoid), עשוי לפתוח אפשרויות חדשות להבנה ולטיפול במחלות מוח מורכבות.

אורגנואיד הוא גרסה ממוזערת של איבר חי, ולדברי ד"ר אנני קתוריה מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטה - "יצרנו את הדור הבא של אורגנואידים של המוח". היא מסבירה כי עד כה רוב האורגנואידים שנוצרו היו של אזור מוחי אחד כמו המוח האחורי או האמצעי – אבל "אנחנו גידלנו אורגנואיד מוח מלא ראשוני".

המחקר, שפורסם בכתב העת המדעי Advanced Science, מתאר כיצד נוצר המודל החדש. החוקרים השתמשו בתאי גזע אנושיים ליצירת שלושה סוגי אורגנואידים נפרדים - ואז חיברו אותם: רקמת מוח מהאזור הקדמי (קורטקס), רקמת מוח מהאזור האמצעי והאחורי, ורקמת כלי דם. הרקמות חוברו יחד באמצעות חלבונים מיוחדים, וכשהמבנה המשולב התפתח, הוא החל להראות פעילות חשמלית מתואמת - כלומר, החלקים השונים "דיברו" זה עם זה.

מה מיוחד במוח המיניאטורי?

המוח הזעיר מכיל כשש עד שבע מיליון תאי עצב (נוירונים), מספר זעיר לעומת עשרות המיליארדים שיש במוח אנושי בוגר. עם זאת, הוא מכיל כ-80 אחוז מסוגי התאים השונים הנמצאים במוח של עובר אנושי בגיל 40 יום. החוקרים אף זיהו היווצרות של מחסום דם-מוח ראשוני - שכבת תאים המגנה על המוח ומווסתת אילו חומרים יכולים להיכנס אליו.

"אנחנו צריכים לחקור מודלים עם תאים אנושיים אם אנחנו רוצים להבין הפרעות נוירו-התפתחותיות או הפרעות נוירו-פסיכיאטריות, אבל אני לא יכולה לבקש מאדם לתת לי להציץ במוחו רק כדי לחקור אוטיזם", מסבירה קתוריה. "אורגנואידים של מוח מלא מאפשרים לנו לצפות בהפרעות מתפתחות בזמן אמת, לראות אם טיפולים עובדים, ואפילו להתאים טיפולים למטופלים בודדים".

אחת התגליות המפתיעות במחקר היא שכלי הדם ממלאים תפקיד חשוב בהתפתחות חלקים מסוימים של המוח. החוקרים גילו שכלי הדם מפרישים חומרים שעוזרים לשמור על תאים מתפתחים (תאי גזע שנמצאים בשלב ביניים של התפתחות) דווקא באזור המוח האחורי. מעניין שבאזור המוח הקדמי, כלי הדם לא השפיעו באותה מידה על ההתפתחות.

פוטנציאל לפיתוח תרופות

השימוש במודל המוח החדש עשוי לשפר משמעותית את הסיכויים להצלחה בפיתוח תרופות. כיום, כ-85-90 אחוז מהתרופות נכשלות בשלב הניסויים הקליניים הראשון. במקרה של תרופות למחלות נוירו-פסיכיאטריות, שיעור הכישלון מגיע לכ-96 אחוז. אחת הסיבות לכך היא שהמחקר המקדים נעשה בעיקר על חיות מעבדה, שהמוח שלהן שונה מאוד ממוח אנושי.

"מחלות כמו סכיזופרניה, אוטיזם ואלצהיימר משפיעות על המוח כולו, לא רק על חלק אחד של המוח", מדגישה קתוריה. "אם נבין מה משתבש מוקדם בהתפתחות, נוכל למצוא מטרות חדשות לסינון תרופות. נוכל לבדוק תרופות או טיפולים חדשים על האורגנואידים ולקבוע אם הם באמת משפיעים עליהם".

המודל החדש מאפשר גם רפואה מותאמת אישית - ניתן ליצור אורגנואידים מתאים של מטופל ספציפי ולבדוק עליהם איזה טיפול יעיל ביותר עבורו. זוהי התקדמות משמעותית לעומת המצב הנוכחי, שבו רופאים צריכים לנסות טיפולים שונים על המטופל עצמו עד שמוצאים מה מתאים.

למרות ההתקדמות המרשימה, החוקרים מציינים שהמודל עדיין אינו מושלם - הוא אינו כולל רשת כלי דם מלאה או חיבורים ארוכי טווח בין אזורי המוח. עם זאת, כבר במצבו הנוכחי הוא מציע יתרונות משמעותיים למחקר ולפיתוח טיפולים, ומהווה צעד חשוב בדרך להבנה טובה יותר של מחלות המוח האנושי.