Creierul în laborator. Niște sfere de câțiva milimetri schimbă tot ce știam despre autism, schizofrenie și durere. Un român la vârful cercetării

Cum studiezi creierul, un organism atât de complex, atât de intim, atât de inaccesibil? Mult timp, răspunsul cercetătorilor a constat în modele animale și în rare fragmente de țesut cerebral uman. Ambele aveau limitări serioase. Acum, însă, apariția unor modele miniaturale de creier uman, cultivate în laborator și denumite organoizi, a transformat radical opțiunile disponibile cercetătorilor.

Accidentul care a schimbat neuroștiința

Povestea organoizilor cerebrali are o origine neașteptat de modestă, potrivit Nature.com. Madeline Lancaster, biolog la Universitatea din Cambridge, a ajuns în 2010 ca postdoc în laboratorul lui Jürgen Knoblich de la Institutul de Biotehnologie Moleculară din Viena, cu intenția de a cultiva rozete de celule de șoarece ca instrument de cercetare. Lucrurile nu au mers bine. Celulele ei aveau tendința de a se aglomera. O altă cercetătoare ar fi restartat experimentul. Lancaster a privit mai atent prin microscop. Examinând aglomerările, a observat cu uimire că acestea conțineau sfere minuscule care semănau izbitor cu creierul embrionar de șoarece. „A fost un moment care mi-a schimbat viața,” spune ea.

Ședințele de laborator urgente care au urmat au condus la o decizie. Lancaster a trecut imediat la celule umane iPS. Acestea sunt celule adulte reprogramate într-o stare embrionară timpurie. Le-a lăsat să-și urmeze propriile instrucțiuni genetice. Intuiția era simplă și genială. „Un embrion știe cum să se construiască singur, fără instrucțiuni externe.”

Ceea ce a ieșit a depășit toate așteptările. Organoizii umani au continuat să crească fără oprire. Cei de șoarece terminau de produs neuroni în nouă zile. Cei umani continuau și după 200 de zile, crescând până la sfere de patru milimetri cu un număr de celule incomparabil mai mare. „O diferență absolut masivă,” spune Lancaster. Creierul uman, chiar și în miniatură, refuza să se grăbească.

Cum se construiește creierul, pas cu pas

Prima structură care va deveni creierul uman începe să se dezvolte la doar trei săptămâni după concepție. Este un tub gol, alcătuit din primele celule progenitoare neurale. Această populație inițială va da naștere, în timp, tuturor tipurilor diverse de neuroni și celule de suport, pe măsură ce tubul se expandează și producția de neuroni crește. La apogeul ei, va ajunge la aproximativ 250.000 de celule pe minut.

Organoizii cerebrali nu pot reproduce întreaga complexitate a creierului uman real. Dar se dezvoltă într-un mod surprinzător de asemănător. Ei sunt fabricați din celule iPS care, expuse moleculelor de semnalizare potrivite, se diferențiază urmând un program genetic specific speciei. Adică, la ritmul lent și maiestuos al unei sarcini umane, nu cu viteza unei gestații de șoarece.

Un element care a entuziasmat-o în mod deosebit pe Lancaster a fost prezența în organoizii corticali umani a unui tip recent descoperit de celule progenitoare, numite celule RG externe. Primatele au aceste celule în număr semnificativ. Oamenii le au în cantitate mult mai mare decât primatele non-umane. Oamenii de știință consideră că ele sunt responsabile pentru expansiunea disproporționată a creierului uman.

Asambloidele lui Sergiu Pașca, piesele se pun cap la cap

Dacă organoizii individuali reprezentau o singură regiune cerebrală, întrebarea firească era evidentă. Ce se întâmplă dacă le unești? Sergiu Pașca, neurolog român la Universitatea Stanford, a avut tocmai această idee și a inventat un tip nou de construcție pe care a numit-o assembloid.

Procesul s-a dovedit surprinzător de simplu. Organoizii au fuzionat peste noapte. Neuronii au trimis proiecții de lungă distanță spre vecinii lor nou uniți, au format sinapse și au generat activitate coordonată între regiuni. „Asta a arătat că o cantitate surprinzătoare de informații necesare pentru a asambla circuitele neurale umane este înglobată în programele de dezvoltare,” spune Pașca. „Acum putem începe să extragem regulile care ghidează formarea acestor circuite.”

Organoizi senzoriali stimulați cu capsaicină

Primul assembloid al lui Pașca a reunit două regiuni ale creierului anterior( cortexul și subpallium-ul ). Acestea au proporții diferite de neuroni excitatori și inhibitori. Neuronii inhibitori din subpallium au început să se îndrepte și să migreze în organoizii corticali, exact cum se întâmplă în creierul embrionar. „Literalmente săreau câte 30 de microni pe rând,” spune Pașca. „Eram fascinați și urmăream filmulețele ore întregi în ședințele de laborator.”

De atunci, laboratorul lui Pașca a construit zeci de astfel de ansambluri. Au fuzionat organoizi spinali, corticali și musculari și au constatat că organoidul muscular se contracta vizibil atunci când stimulau electric organoidul spinal. Au modelat paralizia într-o cutie Petri. S-a demonstrat astfel că poliovirusul infectează anumite tipuri de celule din măduva spinării și oprește contracția musculară.

Poate cel mai spectaculos dintre toate e altul. Cercetătorii au construit un assembloid cu patru componente pentru a reprezenta procesarea durerii în sistemul nervos. Semnalele de durere călătoresc de la receptorii senzoriali prin măduva spinării și talamus până la cortex, unde este produsă percepția durerii. Când echipa a stimulat organoizii senzoriali cu capsaicina (substanța chimică din ardeiul iute) a măsurat un răspuns electric în organoizii corticali. Un creier artificial care „simte” arsura ardeiului iute. Un pas mic în laborator, dar uriaș pentru știința durerii.

Zika, Neanderthal și primele tratamente

Organoizii au adus și răspunsuri la mistere mai vechi. Un studiu din 2016 a arătat cum virusul Zika (circula atunci în Brazilia) provoacă microcefalie prin infectarea preferențială a celulelor progenitoare neurale. Alysson Muotri de la UC San Diego a mers și mai departe. A creat o bibliotecă de organoizi care reprezintă specii hominide dispărute, precum Neanderthalii, prin înlocuirea unor gene moderne cu variante antice în organoizii derivați din celule umane.

Astfel de experimente au permis comparații directe cu implicații profunde. Muotri a descoperit că înlocuirea unei gene umane moderne (importantă pentru maturarea neurală) cu o versiune ușor diferită de la Neanderthal a condus la organoizi mai mici, cu neuroni care proliferau mai lent.

Mai mult, organoizii au ajutat la clarificarea uneia dintre cele mai intrigante întrebări din neuroștiință. De ce creierul uman se maturizează atât de lent în comparație cu cel al altor mamifere? Neuronii umani au nevoie de aproximativ de zece ori mai mult timp pentru a se matura comparativ cu cei de șoarece. Răspunsul este probabil o combinație de sute de ajustări fine: „Cel mai probabil, trăsăturile speciale ale oamenilor se datorează unor sute de modificări cu impact redus, implicând o mică ajustare în sus sau în jos a expresiei unui anumit gen într-o anumită zonă cerebrală,” spune Alex Pollen, genetician evoluționist la UC San Francisco, citat de Nature.com.

Spre primul trial clinic și spre întrebările incomode

Domeniul se află la un punct de inflexiune, spune biologul în dezvoltare Jürgen Knoblich de la Institutul de Biotehnologie Moleculară din Viena. Și concret, în 2026, cercetătorii speră să lanseze primul trial clinic al unui tratament pentru o boală cerebrală conceput în întregime pe baza studiilor în organoizi. Va fi un prag pe care neuroștiința nu l-a atins niciodată până acum.

Dar entuziasmul vine la pachet cu sobrietate. Organoizii au limitări reale: este dificil să îi menții în viață în laborator mai mult de câteva luni și le lipsește o mare parte din complexitatea creierului real.

La orizont plutesc întrebări mai profunde, de natură etică. „Nu este deloc posibil în momentul de față,” spune neurocercetătorul molecular Giuseppe Testa de la Universitatea din Milano, „dar la un moment dat s-ar putea să fim nevoiți să începem să scrutăm apariția unor comportamente mai complexe într-o cutie Petri.” Sentința sau chiar conștiința emergentă într-un organoid rămân scenarii îndepărtate. Dar nu mai sunt de domeniul science-fiction-ului pur.

Creierul în miniatură nu gândește. Dar îi ajută pe cercetători să analizeze mai bine despre cum se naște mintea, cum se îmbolnăvește și, poate, cum poate fi vindecată.