Έρευνα: Ο εγκέφαλος μπορεί να έχει δύο διαφορετικές αναπτυξιακές «ρίζες»

Νέα μελέτη αμφισβητεί την παραδοσιακή αντίληψη για την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου – Τι έδειξαν τα πειράματα σε ποντίκια και άλλα είδη

Για αιώνες, ο ανθρώπινος εγκέφαλος αντιμετωπιζόταν ως ένα ενιαίο όργανο με κοινή αναπτυξιακή προέλευση. Νέα έρευνα, ωστόσο, με επικεφαλής επιστήμονες του Stanford Medicine, υποστηρίζει ότι διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να προέρχονται από δύο διακριτά αναπτυξιακά συστήματα, τα οποία εξελίχθηκαν παράλληλα σε βάθος εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών.

Η μελέτη αμφισβητεί το μέχρι σήμερα επικρατές μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο ένα κοινό προγονικό κύτταρο στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης οδηγεί στον σχηματισμό ολόκληρου του εγκεφάλου.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, ένα από τα αναπτυξιακά συστήματα οδηγεί στις περιοχές που συνδέονται με ανώτερες λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη, ενώ το άλλο σχετίζεται με τον οπίσθιο εγκέφαλο και λειτουργίες απαραίτητες για τη ζωή, όπως η αναπνοή και η ρύθμιση του καρδιακού παλμού.

Δύο διαφορετικές αναπτυξιακές διαδρομές

Ο ενήλικος εγκέφαλος περιλαμβάνει τον πρόσθιο, τον μέσο και τον οπίσθιο εγκέφαλο.

Ο πρόσθιος εγκέφαλος συνδέεται με σύνθετες λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη. Ο οπίσθιος εγκέφαλος, που βρίσκεται στο πίσω μέρος του κρανίου και περιλαμβάνει περιοχές του εγκεφαλικού στελέχους, είναι υπεύθυνος για βασικές αυτόματες λειτουργίες, μεταξύ άλλων την αναπνοή, τον ύπνο και τη ρύθμιση του καρδιακού ρυθμού.

Παράλληλα, νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου συμμετέχουν στον έλεγχο των μυών του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού, επηρεάζοντας λειτουργίες όπως η ομιλία και η κατάποση.

Η μελέτη αυτών των νευρώνων αποτελεί εδώ και χρόνια πρόκληση για τους επιστήμονες, γεγονός που δυσκολεύει την έρευνα για παθήσεις που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος.

Τι έδειξαν τα πειράματα

Η ανακάλυψη προέκυψε από τη μελέτη των πρώτων σταδίων της εμβρυϊκής ανάπτυξης, κατά τη διαδικασία της γαστριδίωσης.

Οι ερευνητές μελέτησαν αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικών και εντόπισαν δύο διαφορετικούς πληθυσμούς πρόδρομων κυττάρων. Ο ένας οδηγούσε στον σχηματισμό του πρόσθιου και του μέσου εγκεφάλου, ενώ ο δεύτερος στον οπίσθιο εγκέφαλο.

Σύμφωνα με τα ευρήματα, οι δύο πληθυσμοί παρέμεναν διακριτοί από τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης και ακολουθούσαν διαφορετικές αναπτυξιακές διαδρομές.

Οι επιστήμονες επέκτειναν στη συνέχεια την έρευνά τους σε περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια εξελικτικής ιστορίας, εξετάζοντας διαφορετικά είδη, μεταξύ των οποίων κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού (acorn worms).

Οι ερευνητές εντόπισαν αντίστοιχα μοτίβα διαφορετικής προέλευσης νευρικών συστημάτων, γεγονός που, σύμφωνα με τους ίδιους, υποδεικνύει ότι η συγκεκριμένη εξελικτική οργάνωση έχει πολύ αρχαιότερες ρίζες.

Δημιούργησαν ανθρώπινους νευρώνες στο εργαστήριο

Ένα ακόμη σημαντικό αποτέλεσμα της μελέτης ήταν ότι οι ερευνητές κατάφεραν να καθοδηγήσουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να εξελιχθούν στο εργαστήριο σε λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου.

Τα κύτταρα που δημιουργήθηκαν παρουσίασαν χαρακτηριστικά αντίστοιχα με εκείνα των φυσιολογικών νευρώνων του οπίσθιου εγκεφάλου. Εμφάνισαν ηλεκτρική δραστηριότητα και παρήγαγαν πρωτεΐνες που χαρακτηρίζουν περιοχές οι οποίες συμμετέχουν στον έλεγχο των μυών του προσώπου και της κατάποσης.

Νέες δυνατότητες για την έρευνα ασθενειών

Η δυνατότητα δημιουργίας τέτοιων νευρώνων στο εργαστήριο θα μπορούσε να διευκολύνει τη μελέτη ασθενειών που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος, όπως η νωτιαία μυϊκή ατροφία και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS).

Μέχρι σήμερα, η μελέτη του ανθρώπινου εγκεφαλικού στελέχους είναι ιδιαίτερα δύσκολη, καθώς οι ερευνητές δεν μπορούν να λαμβάνουν ζωντανό ιστό από συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου των ασθενών.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα εργαστηριακά μοντέλα που προέκυψαν από τη νέα μελέτη μπορούν να αποτελέσουν εργαλείο για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών των συγκεκριμένων ασθενειών και, σε επόμενο στάδιο, για την αξιολόγηση πιθανών θεραπευτικών προσεγγίσεων.