Az állati vagy akár növényi szervezetek emberi sejtekkel való kombinálása, vagy éppen az emberi test állati szervekkel való ellátása nem Dr. Moreau képzeletbeli bizarr teremtményeihez hasonló kimérák létrehozását hivatott szolgálni, hanem ennél sokkal praktikusabb és fontosabb célokat: egyes humán betegségek és rendellenes állapotok közelebbi vizsgálatát és gyógyítását, amit más módszerekkel csak nehezen tudnak megoldani a kutatók. Az emberi génekkel vegyített élesztősejtek lehetővé teszik, hogy az anyagcsere egyik specifikus részének, az Embden-Meyerhof-Parnas útnak működését alaposabban feltérképezzék, az ember-egér hibridek a sejtek evolúciójának tanulmányozását és idővel a transzplant szervek állatokban való növesztését segítik elő, a majom-ember embriók megfigyelésével a sejteknek a fejlődés korai fázisában történő kommunikációját érthetik meg jobban a tudósok.

Ezek kísérletek mind nagy jelentőségű felfedezésekre és az így szerzett információkra épülő orvosi áttörésekre adhatnak lehetőséget, de egyúttal felvetik a kérdést:

hol kell meghúzni a határt a fajok mesterséges elegyítése során?

Az érvényben lévő szabályok a hibridek élettartamát illetően szigorúak és arra nem adnak lehetőséget, hogy a laboratóriumokban kifejlesztett ember-állat kimérák felnőjenek és szaporodjanak, bár bizonyos definíciók szerint már azok is az emberek is a kiméra kategóriájába esnek, akiknek valamilyen állati szervet, például sertés szívbillentyűt ültettek be. Az etikai aggodalmak azonban nem rájuk, hanem a humán sejtekkel ellátott állatokra vonatkoznak, főként abban az esetben, amikor az egyedek életképesnek és a szervezetük megfelelően funkcionálónak bizonyul.

A kutatásoknak ebbe a csoportjába tartozhat az a kísérlet is, amelynek eredményeit most publikálták a Nature-ben: ennek során a Stanford Egyetem biomérnökei, neurológusai és viselkedéskutatói olyan patkányokat neveltek és figyeltek meg hónapokon át, amelyek nem átlagos aggyal rendelkeztek, a neurális hálózatuk emberi sejteket rejtett. A rágcsálókba még egészen fejletlen korukban, három-hét nappal születésük után ültették be azokat a pluripotens őssejteket, amelyekből előzetesen agy-organoidokat fejlesztettek petri-csészékben, míg azok el nem érték az agykéregben található sejtekhez hasonló formát. Ezt a formációt hCS-nek (human cortical spheroids) hívják és más kísérletekben is előszeretettel alkalmazzák különféle rendellenes agyi működési folyamatok elemzéséhez, de a mostani esetben a kutatók nem érték be azzal, hogy in vitro módszerrel próbálják meg a sejttenyészetek viselkedését vizsgálni, hanem in vivo, tehát élő szervezetbe való integrálással és megfigyeléssel követték nyomon a fejlődésüket.

A tanulmány szerint erre azért van szükség, mert a petri-csészékben növekedő organoidok, bármennyire is hasonlóak az eredeti szervekhez vagy szövetekhez, sokkal egyszerűbb felépítésűek és hiányoznak belőlük olyan tulajdonságok, amelyek bizonyos vizsgálatokhoz elengedhetetlenül fontosak lennének.

"Számos korlátozó tényező határolja be a szélesebb körű alkalmazásukat, ami által megérthetnénk a neurális hálózat fejlődését és funkcióit.

[...]Mivel a hCO-k nincsenek olyan hálózatokba integrálva, amelyek viselkedéssel kapcsolatos eredményeket generálnának, ezért a hasznuk a genetikailag komplex és a viselkedés által meghatározott neuropszichiátriai betegségek modellezésében jelenleg limitált." - írják a kutatók.

Ha azonban egy élő szervezet részenként tovább fejlődhetnek a kezdetleges sejttenyészetek, már sokkal magasabb szintű rendszereket hozhatnak létre és az is megfigyelhetővé válik, hogy hogyan reagálnak bizonyos behatásokra. Mivel az élő agy igazán alapos vizsgálatára ritkán adódik lehetőség, ezért az állati alanyokba beültetett és ott növekedő sejtekkel való kísérletek nyújtják a megoldást a tudósok számára. A fiatal, immunhiányos patkányok agyának a mozgásért és érzékelésért felelős szomatoszenzoros régiójába ültették be az emberi sejteket, majd időről-időre MRI felvételekkel ellenőrizték a fejlődésüket. A mérések szerint az első három hónapban az organoidok kilencszeresükre nőttek az agykéregben és a patkányokon semmilyen rendellenességre utaló jelet nem észleltek. 7-8 hónap eltelte után a dendritek, vagyis az idegsejtek ingerületközvetítését elősegítő nyúlványok is hatszor olyan hosszúra nyúltak, mint a petri-csészében tárolt egyedek esetében. Összességében az emberi sejtek az egyik agyfélteke harmadát foglalták el és komplex rendszert alkottak a patkánysejtekkel együtt.

A kísérlet még egy lényeges megfigyeléshez is vezetett: a kutatóknak sikerült jutalmazással rávenniük az állatokat egy meghatározott viselkedésre, de csak abban az esetben jártak eredménnyel, mikor az organoidokkal ellátott példányokat tanították. A patkányoknak egy kék és piros lézer villogása közül az egyik jelezte a víz érkezését, és azt kellett megtanulniuk, hogy a megfelelő jelzésre történő nyaldosással hogyan tudják aktiválni a rendszert.

A humán agysejtekkel rendelkező állatok sokkal jobban teljesítettek a próbán, mint a kontrollcsoport tagjai,

ami azt jelezte, hogy a humán neuronok képesek voltak változtatni az állatok viselkedésén és irányítani a válaszreakcióikat.

Azt ugyan a kutatók is elismerték, hogy az emberi és állati agyak ilyen fokú összekapcsolása határokba ütközik, de nem kifejezetten az etikai aggályokra gondoltak, hanem a fajok közti különbségek áthidalásának problémájára. A jövőben ezért további kísérletek terveznek, immár számos más típusú sejt felhasználásával.

"A jövőbeli munkák másfajta sejtek beültetését célozzák majd, például az emberi mikrogliális sejtek, az emberi endoteliális sejtek és a GABAerg interneuronok különböző részeit."

- írják a tanulmány szerzői.

(Fotó: Stanford Medicine/Timothy Archibald, Getty Images/Jagoda Matejczuk

Egy magyar neuromérnök patkányokat tanított meg doomozni A Tóth Viktor által épített eszköz továbbfejlesztve arra is alkalmas lehetne, hogy teljesen automatikusan, emberi beavatkozás nélkül tanítsa meg a patkányokat a megfelelő viselkedésre.