เว็บตรงวิธีสร้างสมองมนุษย์

ในเสื้อกาวน์แล็บสีขาวและถุงมือยางสีน้ำเงิน Neda Vishlaghiเว็บตรง มองผ่านกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่จุดสีน้ำนมสีขาวหกหยด แต่ละชิ้นมีขนาดประมาณเม็ดคูสคูส แช่ในน้ำซุปสีส้มอ่อนของจานเพาะเชื้อ ด้วยแหนบในมือข้างหนึ่งและอีกมือหนึ่งมีกรรไกรผ่าตัด เธอจึงตัดกอเล็กๆ ครึ่งหนึ่งอย่างช่ำชอง

เมื่อพัฒนาสมองมนุษย์ บางครั้งคุณจำเป็นต้องตัดแต่งกิ่ง

Blobs เป็นเนื้อเยื่อคล้ายสมองอายุ 8 สัปดาห์ แม้ว่าพวกเขาจะไม่ถูกเข้าใจผิดว่าเป็นสมองขนาด Lilliputian แต่ลักษณะที่ละเอียดบางอย่างของพวกมันมีความคล้ายคลึงที่น่าทึ่งกับเปลือกสมองของมนุษย์ซึ่งเป็นที่เก็บความทรงจำของเรา การตัดสินใจ และพลังทางปัญญาระดับสูงอื่น ๆ

Vishlaghi ได้สร้าง “minibrains” เหล่านี้ขึ้นที่ศูนย์เวชศาสตร์ฟื้นฟูและการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด Eli and Edythe ที่ UCLA ซึ่งเธอเป็นผู้ช่วยวิจัย ขั้นแรก เธอแช่เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ของมนุษย์จำนวนหนึ่ง ซึ่งสามารถแปรสภาพเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย โดยใช้สารเคมีผสมพิเศษ

เซลล์ที่ลอยได้อิสระจะทวีคูณและรวมตัวกันเป็นก้อนเล็กๆ ของเนื้อเยื่อประสาท หล่อเลี้ยงด้วยส่วนผสมที่สนับสนุนการเจริญเติบโตในปริมาณที่กำหนดเวลาอย่างพิถีพิถัน กระจุกเซลล์ถูกถ่ายโอนไปยังจานเพาะเชื้อของน้ำซุปที่เจือด้วย Matrigel ซึ่งเป็นเมทริกซ์โปรตีนคล้ายเจลาติน

ในวันที่ 56 หยดจะแสดงกลุ่มเงาของ “ดอกกุหลาบ” ของระบบประสาท ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เพื่อสแกนด้วยเลเซอร์ กลีบกุหลาบบางๆ ที่มีดโกนเผยให้เห็นชั้นที่หลวมๆ ของสเต็มเซลล์ประสาทและเซลล์ประสาทหรือเซลล์ประสาทที่แบ่งแยกกันหลายชั้น โครงสร้างเป็นชั้นๆ นี้ดูคล้ายกับสถาปัตยกรรมของสมองทารกในครรภ์ของมนุษย์เมื่อตั้งครรภ์ได้ 14 สัปดาห์

ภายในแปดสัปดาห์ กระจุกที่คล้ายสมอง (บน) 

จะแสดงกระจุกประสาทที่เรียกว่าดอกกุหลาบ ภายในคลัสเตอร์เดียว (กล่องสีแดง ขยายที่ด้านล่าง) สเต็มเซลล์ (สีน้ำเงินและน้าเป็ด) จะแยกชั้นของเซลล์ตั้งต้นของระบบประสาท (สีชมพู) และเซลล์ประสาท (ไม่ย้อมสี) ออกเป็นชั้นๆ

ทั้งสอง: M. WATANABE ET AL / CELL REPORTS 2017

ห้องแล็บเช่นนี้ นำโดยนักชีววิทยาด้านพัฒนาการและนักประสาทวิทยาของ UCLA เบนเน็ตต์ โนวิช ทั่วโลก ได้ปลูกฝังกลุ่มสมองที่ฉลาดเหล่านี้จำนวนหลายพันเพื่อการวิจัย เมื่อไม่ถึง 5 ปีที่แล้ว ทีมนักชีววิทยาในออสเตรียและสหราชอาณาจักร และอีกทีมหนึ่งในญี่ปุ่นทำให้โลกตะลึงเมื่อประกาศว่าพวกเขาทำชิ้นส่วนของเปลือกสมองมนุษย์สามมิติแบบพื้นฐานในจาน ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิจัยก็ได้พยายามคิดค้นเทคนิคต่างๆ ในการผลิตแบบจำลองสมองขนาดเล็กเหล่านี้อย่างกระตือรือร้น เช่น เชฟที่กลั่นกรองสูตรอาหารที่พวกเขาชื่นชอบอย่างหมกมุ่น

“มันเหมือนกับการทำเค้ก: คุณมีหลายวิธีที่คุณสามารถทำได้” โนวิช ซึ่งชอบใช้วิธีแบบญี่ปุ่นที่มีการปรับแต่งเล็กน้อยกล่าว “มีกลอุบายเล็ก ๆ น้อย ๆ ทุกประเภทที่ผู้คนคิดขึ้นเพื่อเอาชนะความท้าทายทั่วไปบางอย่าง”

ตัวอย่างเช่น เนื่องจากก้อนเลือดในสมองขาดเลือดไปเลี้ยง พวกมันจึงต้องดูดซับออกซิเจนและสารอาหารจากน้ำซุปที่เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อให้เพียงพอเพื่อให้มีสุขภาพที่ดี เพื่อช่วย ห้องปฏิบัติการบางแห่งจะหมุนเวียนน้ำซุปไปรอบๆ กลุ่มเนื้อเยื่อ นักวิจัยของ UCLA เลือกที่จะเติบโตในระดับออกซิเจนที่สูงขึ้นและสับก้อนที่จุด 35 วัน เมื่อพวกมันกว้างถึงสามมิลลิเมตร และหลังจากนั้นทุกๆ สองสัปดาห์หลังจากนั้น ฟังดูรุนแรง แต่การผ่านั้นทำให้เซลล์ภายใน ซึ่งบางส่วนเริ่มตาย — การได้รับออกซิเจนและสารอาหารที่จำเป็นมาก เศษที่แบ่งเหล่านั้นจะเติบโตแยกกันต่อไป แต่การตัดสามารถทำได้หลายครั้งก่อนที่โครงสร้างดอกกุหลาบที่ขยายตัวภายในจะเสียหาย

จากการทดลองทั้งหมด นักวิจัยได้คิดค้นนวัตกรรมมากมาย รวมถึงความคืบหน้าเล็กๆ น้อยๆ ที่รายงานในปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้ประดิษฐ์ส่วนเล็กๆ ของสมองหลายส่วนตั้งแต่ไฮโปทาลามัสซึ่งควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย ความกระหายน้ำ และความหิว ไปจนถึงปมประสาทที่ควบคุมการเคลื่อนไหว ตรวจพบกระแสไฟฟ้าในเซลล์ประสาทซึ่งสะท้อนวงจรสมองที่ทำงานอยู่ และเมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มวิจัยได้เริ่มเชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของภูมิภาคเฉพาะอย่าง Legos นักวิทยาศาสตร์ยังสังเกตเห็นกระบวนการพัฒนาในช่วงแรกๆ ที่เกิดขึ้นภายในก้อนสมองของมนุษย์เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง