นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาออร์แกนอยด์ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งเลียนแบบสมองทั้งหมด

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ ได้พัฒนาออร์แกนอยด์สมองมนุษย์ที่มีลักษณะเฉพาะ ประกอบด้วยเนื้อเยื่อประสาทและหลอดเลือดพื้นฐาน การพัฒนานี้อาจเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการศึกษาความผิดปกติทางจิตและประสาท เช่น โรคออทิซึม

“เราได้สร้างออร์แกนอยด์รุ่นต่อไปแล้ว” แอนนี่ คาทูเรีย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์ มหาวิทยาลัย JHU ผู้ศึกษาพัฒนาการของสมองและโรคทางจิตและประสาทวิทยา ผู้เขียนหลักกล่าว “โดยทั่วไปแล้ว การศึกษาจะสร้างออร์แกนอยด์ที่แสดงถึงสมองเพียงส่วนเดียว คือ คอร์เทกซ์ สมองส่วนหลัง หรือสมองส่วนกลาง เราสามารถสร้างออร์แกนอยด์สมองทั้งสมองขั้นพื้นฐานที่เราเรียกว่า ออร์แกนอยด์สมองหลายภูมิภาค (MRBO) ได้”

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารAdvanced Scienceเป็นหนึ่งในผลงานชิ้นแรกๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างออร์แกนอยด์ที่ประกอบด้วยเนื้อเยื่อจากบริเวณสมองหลักทั้งหมดที่มีปฏิสัมพันธ์กัน สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาโรคที่ส่งผลกระทบต่อสมองทั้งหมด เช่น โรคจิตเภทหรือออทิซึม จนถึงปัจจุบัน การศึกษาดังกล่าวส่วนใหญ่ดำเนินการในสัตว์ทดลอง

เพื่อเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาท MRBO ทีมของ Kathuria ได้เพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทจากส่วนต่างๆ ของสมอง รวมถึงหลอดเลือดพื้นฐานในจานเพาะเลี้ยงแยกกัน จากนั้นจึงเชื่อมต่อส่วนต่างๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันโดยใช้โปรตีน “กาว” ชนิดพิเศษ ซึ่งช่วยให้เนื้อเยื่อเจริญเติบโตและสื่อสารกันได้ เมื่อออร์แกนอยด์เจริญเติบโต สัญญาณไฟฟ้าก็เริ่มปรากฏขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงกิจกรรมของเครือข่ายประสาท

ออร์แกนอยด์ที่สร้างขึ้นประกอบด้วยเซลล์ประสาทหลากหลายชนิดที่คล้ายคลึงกับเซลล์ในสมองของตัวอ่อนมนุษย์ในวันที่ 40 ของการพัฒนา โครงสร้างสมองขนาดเล็กที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการสามารถจำลองเซลล์ประเภทต่างๆ ที่เป็นลักษณะเฉพาะของการพัฒนาสมองมนุษย์ในระยะเริ่มต้นได้ประมาณ 80%

แม้ว่า MRBO จะมีขนาดเล็กกว่าสมองจริงอย่างมาก (ประมาณ 6-7 ล้านเซลล์ประสาทเทียบกับเซลล์ประสาทในผู้ใหญ่ที่มีขนาดหลายหมื่นล้านเซลล์) แต่ก็ถือเป็นแพลตฟอร์มเฉพาะตัวสำหรับการศึกษาพัฒนาการของสมองโดยรวม

นอกจากนี้ ออร์แกนอยด์ยังแสดงให้เห็นรูปแบบเริ่มแรกของชั้นกั้นเลือดสมอง ซึ่งเป็นชั้นของเซลล์ที่ควบคุมการผ่านของสารเข้าสู่สมอง

“ถ้าเราอยากเข้าใจความผิดปกติทางพัฒนาการทางระบบประสาทหรือโรคทางจิตเวช เราจำเป็นต้องศึกษาเซลล์ของมนุษย์ แต่ฉันไม่สามารถขอให้ใครสักคน ‘ยืม’ สมองของพวกเขามาศึกษาออทิซึมได้” คาธูเรียอธิบาย “ออร์แกนอยด์สมองทั้งสมองช่วยให้เราสามารถสังเกตความก้าวหน้าของโรคได้แบบเรียลไทม์ ทดสอบการรักษา และแม้แต่พัฒนาวิธีการรักษาเฉพาะบุคคล”

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าการใช้ออร์แกนอยด์ดังกล่าวเพื่อทดสอบยาใหม่อาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทดลองทางคลินิก ปัจจุบัน ยา 85% ถึง 90% ไม่ผ่านการทดลองในมนุษย์ระยะที่ 1 และสำหรับยาจิตเวชศาสตร์ อัตราความล้มเหลวนั้นสูงกว่ามาก คือสูงถึง 96% เนื่องจากแบบจำลองสัตว์ส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา ในขณะที่ MRBO สามารถจำลองพัฒนาการของสมองมนุษย์ได้ดีกว่าและสามารถใช้เป็นแบบจำลองที่แม่นยำกว่า

“โรคจิตเภท ออทิซึม และอัลไซเมอร์ส่งผลกระทบต่อสมองทั้งหมด ไม่ใช่แค่เฉพาะส่วนใดส่วนหนึ่ง” คาทูเรียกล่าว “หากเราเข้าใจถึงสิ่งที่ผิดปกติในระยะเริ่มแรกของการพัฒนา เราก็จะสามารถค้นพบเป้าหมายใหม่สำหรับการบำบัดและการพัฒนายา เราสามารถทดสอบยาได้โดยตรงในออร์แกนอยด์เหล่านี้ และประเมินประสิทธิภาพของยาก่อนที่จะเข้าสู่การทดลองทางคลินิกในมนุษย์”