Phillip Hopkins
0 
3236
626
Neanderthaler blev udryddet for omkring 40.000 år siden, men takket være banebrydende videnskab findes der nu et laboratorium i Californien, der har petriskåle fyldt med ærstørrelsesversioner af hulernes hjerner.
Hvorfor kultiverer og studerer forskere disse mini-hjerner? Årsagen, siger de, er, at disse små neurale klumper kan afsløre, hvorfor neandertalerne døde ud og Homo sapiens fortsatte med at erobre store dele af planeten.
"Neanderthaler er fascinerende, fordi de delte Jorden med os, og der er nu genetisk bevis, som vi faktisk avlede med dem," fortalte studieleder Alysson Muotri, direktør for University of California, San Diego (UCSD) stamcelleprogram. [11 kropsdele dyrket i laboratoriet]
Måske forklarer genetiske forskelle mellem neandertaler og menneskelige hjerner deres undergang og vores succes, sagde Muotri. Med andre ord er det muligt, at mennesker opnåede store teknologiske fremskridt, fordi vi har sofistikerede neurale netværk, mens neandertalerne ikke.
Muotri præsenterede forskningen, som endnu ikke er offentliggjort i en peer-reviewet tidsskrift, på en UCSD-konference, der hedder Imagination and Human Origins den 1. juni.
At opbygge en hjerne
For at undersøge sammenlignede Muotri og hans kolleger genomet med neandertalere (tidligere udvundet fra fossile knogler og sekventeret af andre forskere) med det moderne menneskes. Ud af 200 kandidatgener, der viste signifikante forskelle mellem de to arter, besluttede forskerne at fokusere på kun en: en mastergenekspressionsregulator kendt som NOVA1.
NOVA1 er meget udtrykt under neuroudvikling og er blevet knyttet til neurale tilstande, såsom autisme og schizofreni, sagde Muotri. NOVA1-genet er bemærkelsesværdigt ens hos mennesker og neandertaler - bare et enkelt basepar (eller par af DNA-bogstaver) er forskelligt mellem de to.
Forskere har allerede dyrket mini-menneskelige organer, kendt som organoider, i laboratoriet. For at dyrke mini-neandertalerhjerner (som forskerne legeligt kaldte neanderoider) brugte de genredigeringsværktøjet, der kaldes CRISPR, til at "neandertalisere" humane pluripotente stamceller eller umodne celler, der kan udvikle sig til en hvilken som helst celle i kroppen, sagde Muotri.
Derefter ved hjælp af deres interne protokol, "coaxede vi stamcellerne til at blive en hjerneorganoid", en proces, der tager mellem seks og otte måneder, sagde Muotri. Neanderoiderne er nu fuldvoksne og måler ca. 0,2 inches (0,5 centimeter) i størrelse, "så du faktisk kan se dem med det blotte øje, når de først er modne," sagde han.
Minihjernerne kan ikke blive større, fordi de ikke er vaskulariserede, hvilket betyder, at de ikke har en blodforsyning. I stedet modtager mini-hjerne celler (der er op til 400.000 pr. Hjerne) næringsstoffer ved diffusion.
”Det er muligt, at vi i fremtiden kunne vokse en større organoid,” sagde Muotri. "Vi arbejder på dette ved at skabe biotrykte kunstige blodkar inde i dem."
Skarpe forskelle
Humane lab-dyrkede hjerner er generelt runde, men neanderoiderne var det ikke. I stedet havde de neandertaler mini-hjerner langstrakte rørformede strukturer, der gav dem en popcornlignende form, "sagde Muotri.
Nogle af Neanderoidcellerne vandrede også hurtigere fra kilden under udvikling, hvilket kunne forklare den usædvanlige popcorndannelse, bemærkede han. [3D-billeder: Undersøgelse af den menneskelige hjerne]
Derudover tilføjede Muotri, at neanderoiderne ikke havde så mange synaptiske forbindelser eller forbindelser mellem neuroner og havde ændret neuronale netværk. Disse funktioner ligner menneskelige mini-hjerner, der er dyrket af mennesker med autisme, sagde han. Det er dog svært at sige, hvad denne lighed betyder, hvis noget, sagde han.
"En korrelation betyder ikke, at de er ens," sagde Muotri. "Vi kan kun spekulere om dette på dette tidspunkt."
Imidlertid er forskningen stadig i de tidlige stadier, og det er vigtigt at bemærke, at projektet har et par begrænsninger, sagde Svante Pääbo, direktør for Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig, Tyskland, som ikke var involveret i forskningen.
"Organoider er langt fra i stand til at fortælle os, hvordan voksne hjerner fungerer," fortalte Pääbo til magasinet Science. Han og hans kolleger arbejder også på at lave mini-neandertalerhjerner, og metoden kan undertiden introducere utilsigtede mutationer, sagde Pääbo.
Ikke desto mindre, med kontrollerede eksperimenter "Jeg er ganske forhåbentlig vil vi overvinde denne tvivl," fortalte Pääbo til Science Magazine, og tilføjede, at han håber at kunne sammenligne Neanderoider med mini-hjerner oprettet fra chimpanse eller humane celler.
Hvad er det næste
Muotris team tackle nu en anden sci-fi-lignende udfordring. De har udtænkt en måde for robotter til at måle elektriske hjernesignaler sendt af menneskelige mini-hjerner. Ved at forbinde robotterne med mini-hjernerne håber de at skabe en "learning feedback loop", der vil hjælpe hjernen med at lede roboten til at udforske sine omgivelser.
”I sidste ende vil vi sammenligne den neanderthaliserede organoid [med roboten] for at teste dens evne til at lære,” sagde Muotri.
I alt kan organoidforskningen afsløre, hvilke genetiske varianter der er afgørende for menneskelig succes. "Ved at gøre dette systematisk, lærer vi, hvad er de genetiske ændringer, der gjorde os unikt menneskelige, og hvorfor de blev positivt udvalgt," sagde Muotri.
Original artikel på .