Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι στην πραγματικότητα «δύο εγκέφαλοι» – Η ανακάλυψη που αλλάζει όσα γνωρίζαμε

Δύο διαφορετικές «αφετηρίες»

Ο εγκέφαλος ενός ενήλικα χωρίζεται σε τρεις βασικές περιοχές: τον πρόσθιο, τον μέσο και τον οπίσθιο εγκέφαλο.

Ο πρόσθιος εγκέφαλος συνδέεται με τις πιο σύνθετες ανθρώπινες λειτουργίες, όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη.

Ο οπίσθιος εγκέφαλος, αντίθετα, βρίσκεται προς το πίσω μέρος του κρανίου και ελέγχει λειτουργίες απαραίτητες για την ίδια τη ζωή: την αναπνοή, τον ύπνο, τον καρδιακό ρυθμό και την πείνα. Νευρώνες αυτής της περιοχής ελέγχουν επίσης τους μυς του προσώπου, της γλώσσας και του λαιμού, επηρεάζοντας την ομιλία και την κατάποση.

Μέχρι σήμερα επικρατούσε η θεωρία ότι ολόκληρος ο εγκέφαλος προέρχεται αρχικά από έναν κοινό τύπο πρόδρομου κυττάρου.

Η νέα έρευνα όμως δείχνει κάτι διαφορετικό. Οι επιστήμονες, μελετώντας τα πρώτα στάδια ανάπτυξης εμβρύων ποντικών, εντόπισαν δύο διαφορετικούς πληθυσμούς πρόδρομων κυττάρων.

Ο ένας εκφράζει το γονίδιο Otx2 και προορίζεται να δημιουργήσει τονπρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο. Ο δεύτερος εκφράζει το Gbx2 και οδηγεί στη δημιουργία του οπίσθιου εγκεφάλου.

Το σημαντικότερο είναι ότι οι δύο αυτοί πληθυσμοί δεν επικαλύπτονται. Ακολουθούν διαφορετικές αναπτυξιακές πορείες ήδη από τα πολύ πρώιμα στάδια.

Γιατί οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να δημιουργήσουν αυτά τα κύτταρα στο εργαστήριο

Η ανακάλυψη μπορεί να εξηγεί ένα πρόβλημα που απασχολούσε επί χρόνια τους ερευνητές.

Παρά την πρόοδο στη βιολογία των βλαστοκυττάρων, ήταν εξαιρετικά δύσκολο να δημιουργηθούν στο εργαστήριο ανθρώπινοι νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, ένας πιθανός λόγος είναι ότι οι προηγούμενες προσπάθειες επιχειρούσαν ουσιαστικά να μετατρέψουν πρόδρομα κύτταρα του πρόσθιου και μέσου εγκεφάλου σε κύτταρα του οπίσθιου εγκεφάλου.

Η νέα μελέτη δείχνει ότι αυτά τα κύτταρα έχουν διαφορετική αναπτυξιακή προέλευση.

Η ομάδα εξέτασε επίσης τη χρωματίνη, δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο οργανώνεται και «συσκευάζεται» το DNA μέσα στα κύτταρα. Διαπίστωσε θεμελιώδεις διαφορές ανάμεσα στα κύτταρα που θα δημιουργήσουν τον πρόσθιο και μέσο εγκέφαλο και σε εκείνα που θα σχηματίσουν τον οπίσθιο.

Οι διαφορές αυτές φαίνεται να καθορίζουν από πολύ νωρίς την πορεία που θα ακολουθήσει κάθε κύτταρο.

Κατάφεραν να δημιουργήσουν νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου

Αξιοποιώντας αυτή τη γνώση, οι ερευνητές κατάφεραν τελικά να οδηγήσουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να εξελιχθούν σε λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου.

Τα κύτταρα που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο παρουσίασαν χαρακτηριστικά πραγματικών νευρώνων της συγκεκριμένης περιοχής.

Παρήγαγαν ηλεκτρική δραστηριότητα και πρωτεΐνες που χαρακτηρίζουν τμήματα του οπίσθιου εγκεφάλου τα οποία ελέγχουν, μεταξύ άλλων, τους μυς του προσώπου και της κατάποσης.

Η εξέλιξη αυτή θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για τη μελέτη ασθενειών που επηρεάζουν το εγκεφαλικό στέλεχος.

Τι σημαίνει για ALS και SMA

Η νωτιαία μυϊκή ατροφία (SMA) αποτελεί σημαντική γενετική αιτία θανάτου σε παιδιά ηλικίας κάτω του ενός έτους, ενώ η ALS διαγιγνώσκεται συχνά μεταξύ 40 και 70 ετών και επηρεάζει τόσο τον πρόσθιο όσο και τον οπίσθιο εγκέφαλο.

Και στις δύο παθήσεις, συγκεκριμένοι νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου σταδιακά παύουν να λειτουργούν.

Οι ασθενείς μπορεί να χάσουν την ικανότητα κατάποσης, με αποτέλεσμα τροφή ή υγρά να εισέρχονται στους πνεύμονες και να προκαλούν πνευμονία. Σε προχωρημένα στάδια μπορεί να επηρεαστεί και η δυνατότητα αναπνοής.

Η μελέτη αυτών των μηχανισμών είναι δύσκολη, καθώς οι επιστήμονες δεν μπορούν να λαμβάνουν ιστό από το εγκεφαλικό στέλεχος ζωντανών ασθενών.

Η δυνατότητα δημιουργίας αυτών των νευρώνων στο εργαστήριο προσφέρει πλέον ένα νέο μοντέλο για να εξεταστεί τί ακριβώς συμβαίνει όταν εμφανίζονται οι συγκεκριμένες ασθένειες και, μακροπρόθεσμα, να διερευνηθούν πιθανές αναγεννητικές θεραπείες.

Μια ιστορία που αρχίζει πριν από περισσότερα από 500 εκατ. χρόνια

Ίσως το πιο εντυπωσιακό μέρος της έρευνας αφορά την εξέλιξη.

Οι επιστήμονες αναζήτησαν την ίδια αναπτυξιακή διαίρεση σε διαφορετικά είδη και διαπίστωσαν αντίστοιχο μοτίβο σε κοτόπουλα, ψάρια zebrafish αλλά ακόμη και σε μικρούς θαλάσσιους οργανισμούς γνωστούς ως acorn worms, οι οποίοι μοιράζονται έναν πολύ μακρινό κοινό πρόγονο με τον άνθρωπο.

Οι ερευνητές εξέτασαν έτσι μια εξελικτική διαδρομή που φτάνει περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια πίσω.

Ακόμη πιο μακριά βρίσκονται οι μέδουσες, οι οποίες διαχωρίστηκαν εξελικτικά από τη γραμμή που οδήγησε στον άνθρωπο πριν από περίπου 600 έως 700 εκατομμύρια χρόνια και διαθέτουν δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά άκρα του σώματός τους.

Η υπόθεση των ερευνητών είναι ότι κατά τη διάρκεια της εξέλιξης δύο προϋπάρχοντα νευρικά συστήματα βρέθηκαν τελικά το ένα δίπλα στο άλλο και σήμερα λειτουργούν σχεδόν ως ενιαίο όργανο.

Και μια απρόσμενη σύνδεση με την παχυσαρκία

Η ανακάλυψη παρουσιάζει ενδιαφέρον και για έναν ακόμη λόγο.

Στον οπίσθιο εγκέφαλο βρίσκονται νευρικά κυκλώματα που συμμετέχουν στη ρύθμιση της πείνας. Πρόκειται για μηχανισμούς στους οποίους επιδρούν και φάρμακα απώλειας βάρους όπως η σεμαγλουτίδη.

Επομένως, η καλύτερη κατανόηση της συγκεκριμένης περιοχής του εγκεφάλου μπορεί να αποκτήσει σημασία σε πολύ περισσότερα πεδία από τις νευρολογικές παθήσεις.