Powstał atlas ludzkich komórek mózgowych

Atlas komórek obecnych w ludzki mózgu powstał w ramach projektu Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative. W prace te zaangażowało się setki naukowców z całego świata. Celem inicjatywy było skatalogowanie typów komórek mózgowych, aby poprawić zrozumienie funkcjonowania mózgu oraz mechanizmów komórkowych stojących za słabo poznanymi chorobami mózgu.

Wyniki badań ukazały się w serii aż 21 artykułów naukowych opublikowanych na łamach "Science", "Science Advances" oraz "Science Translational Medicine".

Szczegółowy atlas komórek całego ludzkiego mózgu to ogromny krok w porównaniu z wcześniej opublikowanymi pracami. Prace te dają możliwość nowego spojrzenia na budowę naszego układu nerwowego w wielu obszarach mózgu i to, co wyróżnia ludzki mózg. Dane te można wykorzystać do badań nad organizacją mózgu w niespotykanej dotąd rozdzielczości.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Zrozumienie naszego mózgu na poziomie komórkowym jest kluczem do dokładnego poznania, jak funkcjonuje nasz mózg oraz do określenia podłoża niektórych chorób mózgu. Wiedza ta może ostatecznie prowadzić do lepszych metod leczenia.

Prace naukowców pokazały, że mamy w mózgu ponad trzy tysiące różnych typów komórek. W przypadku wielu części mózgu nigdy wcześniej nie opisano tej złożoności i różnorodności. Większość z tych komórek to neurony, a reszta to różne typy komórek glejowych.

Neurony – komórki mózgu i układu nerwowego, które wysyłają i odbierają sygnały – znacznie się różnią w różnych częściach mózgu, co sugeruje różne funkcje i historię rozwoju. Mieszanka neuronów i innych typów komórek również różniła się w zależności od regionu, a niektóre komórki znaleziono tylko w określonych lokalizacjach. Pień mózgu, stosunkowo słabo zbadana struktura łącząca mózg z rdzeniem kręgowym, zawiera szczególnie dużą liczbę różnych typów neuronów.

- Postrzegam to jako kluczowy moment w neurobiologii, gdzie nowe technologie pozwalają nam zrozumieć szczegółową organizację komórkową ludzkiego mózgu i mózgów innych naczelnych. W istocie ta praca jest triumfem biologii molekularnej – powiedział dr Ed Lein z Allen Institute for Brain Science, który kierował kilkoma z nowo opublikowanych badań.

Badania te pozwolą również na odpowiedź na szereg ważnych pytań. Jak różne są mózgi poszczególnych ludzi na poziomie komórkowym? Jak bardzo różnią się nasze mózgi od mózgów małp? Ile mamy rodzajów komórek mózgowych? Jakie są właściwości tych komórek? Jak te komórki powstają i dojrzewają w procesie rozwoju?

- Niniejszy zestaw badań stanowi przełomowe osiągnięcie, które buduje ważny pomost w kierunku wyjaśnienia złożoności ludzkiego mózgu na poziomie komórkowym – powiedział dr John Ngai. - Współpraca naukowa popycha tę dziedzinę do przodu w wykładniczym tempie, a postęp i możliwości po prostu zapierają dech w piersiach – dodał.

W badaniach wykorzystano tkanki pośmiertne pobrane od osób, które oddały swoje mózgi do celów naukowych. Wykorzystano także zdrową, żywą tkankę od pacjentów, którzy przeszli operację mózgu i przekazali tkanki do badań.

Naukowcy zbadali m.in. zmienności typów komórek mózgowych pomiędzy poszczególnymi ludźmi. Odkryli, że chociaż wszyscy mamy te same typy komórek w mózgu, to proporcje niektórych rodzajów komórek i aktywowanych przez nie genów znacznie różnią się w zależności od osoby.

Zbadali też, jak zmiany genetyczne mogą przyczyniać się do ryzyka wystąpienia niektórych chorób. Przeanalizowali, w jaki sposób ponad milion komórek mózgowych pobranych od trzech dawców uzyskuje dostęp do informacji genetycznej i wykorzystuje ją. Naukowcy odkryli powiązania między niektórymi typami komórek mózgowych a zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, w tym chorobą afektywną dwubiegunową, depresją i schizofrenią.

Uczeni porównali również typy komórek mózgowych ludzi i naszych najbliższych krewnych - szympansów i goryli. Badania te ujawniają, że dzielimy tę samą podstawową architekturę typów komórek mózgowych, ale zachodzą zmiany w genach wykorzystywanych przez te typy komórek. W szczególności wiele genów zaangażowanych w połączenia między neuronami i tworzenie obwodów w mózgu różni się u ludzi i innych naczelnych.

Porównano również komórki tworzące różne obszary ludzkiej kory mózgowej, która odpowiada za wiele naszych funkcji poznawczych wyższego rzędu. Stwierdzono, że nasza kora wzrokowa, w której przetwarzamy to, co widzimy, jest znacznie bardziej wyspecjalizowana i odrębna niż inne obszary oraz bardziej wyspecjalizowana niż kora wzrokowa myszy. To odkrycie prawdopodobnie wiąże się z faktem, że ludzie i inne naczelne w większym stopniu niż wiele innych ssaków korzystają ze zmysłu wzroku.

Atlas komórek ludzkiego mózgu, choć niespotykany pod względem szczegółowości, jest jedynie wersją roboczą. W przyszłości naukowcy chcą rozszyfrować funkcję nowo odkrytych komórek w mózgu. Chcą także zrozumieć, w jaki sposób aktywność genów przyczynia się do rozwoju chorób neurologicznych.

Źródło: Nature, Allen Institute for Brain Science, fot. Flickr/ Dj/ CC BY-SA