Vlad Krasen
0 
3938
60
Neandertalerne ble utdødd for rundt 40 000 år siden, men takket være den nyskapende vitenskapen, er det nå et laboratorium i California som har petriskåler fylt med ertestørrelser av hulenes hjerner.
Hvorfor kultiverer og studerer forskere disse minihjerneene? Årsaken, sier de, er at disse små nevrale klumpene kan avsløre hvorfor neandertalere døde ut og Homo sapiens fortsatte å erobre store deler av planeten.
"Neanderthalere er fascinerende fordi de delte Jorden med oss, og det er nå genetiske bevis vi faktisk avlet med dem," fortalte studieleder Alysson Muotri, direktør for University of California, San Diego (UCSD) stamcelleprogram. [11 kroppsdeler dyrket i laben]
Kanskje genetiske forskjeller mellom neandertaler og menneskelige hjerner forklarer deres undergang og suksessen vår, sa Muotri. Med andre ord, det er mulig at mennesker oppnådde store teknologiske fremskritt fordi vi har sofistikerte nevrale nettverk, mens neandertalere ikke.
Muotri presenterte forskningen, som ennå ikke er publisert i et fagfellevurdert tidsskrift, på en UCSD-konferanse kalt Imagination and Human Origins 1. juni.
Å bygge en hjerne
For å undersøke sammenliknet Muotri og kollegene genomet til neandertalere (tidligere trukket ut fra fossile bein og sekvensert av andre forskere) med moderne mennesker. Av 200 kandidatgener som viste signifikante forskjeller mellom de to artene, bestemte forskerne seg for å fokusere på bare én: en reguleringsgener for mastergener kjent som NOVA1.
NOVA1 kommer sterkt til uttrykk under nevroutvikling og har vært knyttet til nevrale tilstander, som autisme og schizofreni, sa Muotri. NOVA1-genet er bemerkelsesverdig likt hos mennesker og neandertaler - bare et enkelt basepar (eller par DNA-bokstaver) er forskjellig mellom de to.
Forskere har allerede dyrket mini-menneskelige organer, kjent som organoider, i laboratoriet. For å dyrke mini-neandertalerhjerner (som forskerne lekent kalt neanderoider), brukte de genredigeringsverktøyet kjent som CRISPR for å "neanderthalisere" menneskelige pluripotente stamceller, eller umodne celler som kan utvikle seg til hvilken som helst celle i kroppen, sa Muotri.
Deretter, med deres interne protokoll, "koakserte vi stamcellene til å bli en hjerneorganoid", en prosess som tar mellom seks og åtte måneder, sa Muotri. Neanderoidene er nå ferdig voksne, og har en størrelse på omtrent 0,2 inches (0,5 centimeter), "slik at du faktisk kan se dem med det blotte øye når de er modne," sa han.
Minihjerne kan ikke bli større fordi de ikke er vaskulariserte, noe som betyr at de ikke har blodforsyning. Snarere får minihjernecellene (det er opptil 400 000 per hjerne) næringsstoffer ved diffusjon.
"Det er mulig at vi i fremtiden kan vokse en større organoid," sa Muotri. "Vi jobber med dette ved å lage bio-trykte kunstige blodkar inne i dem."
Skarpe forskjeller
Menneskelige lab-dyrkede hjerner er generelt runde, men neanderoidene var det ikke. I stedet hadde de neandertaler mini-hjerne langstrakte rørformede strukturer som ga dem en popcornlignende form, "sa Muotri.
Noen av Neanderoidcellene vandret også raskere fra kilden under utviklingen, noe som kan forklare den uvanlige popcornformasjonen, bemerket han. [3D-bilder: Exploring the Human Brain]
Videre la Muotri til at neanderoidene ikke hadde så mange synaptiske forbindelser, eller forbindelser mellom nevroner, og at de hadde endret nevronale nettverk. Disse funksjonene ligner menneskelige minihjerner som er vokst fra mennesker med autisme, sa han. Imidlertid er det vanskelig å si hva denne likheten betyr, om noe, sa han.
"En korrelasjon betyr ikke at de er like," sa Muotri. "Vi kan bare spekulere i dette på dette stadiet."
Imidlertid er forskningen fortsatt i de tidlige stadiene, og det er viktig å merke seg at prosjektet har noen begrensninger, sa Svante Pääbo, direktør for Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig, Tyskland, som ikke var involvert i forskningen.
"Organoider er langt fra i stand til å fortelle oss hvordan voksne hjerner fungerer," sa Pääbo til tidsskriftet Science. Han og kollegene jobber også med å lage mini-neandertalerhjerner, og metoden kan noen ganger innføre utilsiktede mutasjoner, sa Pääbo.
Likevel, med kontrollerte eksperimenter: "Jeg er ganske håpefull for å få bukt med den tvilen," sa Pääbo til Science Magazine, og la til at han håper å kunne sammenligne Neanderoider med minihjerne laget av sjimpanse- eller menneskeceller..
Hva blir det neste
Muotris team takler nå en annen sci-fi-lignende utfordring. De har utviklet en måte for roboter å måle elektriske hjernesignaler sendt av menneskelige minihjerner. Ved å koble robotene til minihjernen, håper de å lage en "learning feedback loop" som vil hjelpe hjernen til å lede roboten til å utforske omgivelsene.
"Til syvende og sist ønsker vi å sammenligne den neanderthaliserte organoiden [med roboten] for å teste dens evne til å lære," sa Muotri.
I alt kan organoidforskningen avsløre hvilke genetiske varianter som er sentralt for menneskelig suksess. "Ved å gjøre dette systematisk, vil vi lære hva som er de genetiske endringene som gjorde oss unikt menneskelige og hvorfor de ble positivt valgt," sa Muotri.
Original artikkel på .