Potkan s transplantovaným lidským mozkem: Nezašli jsme už příliš daleko?

Potkani v laboratořích Stanfordovy univerzity nejsou na první pohled ničím pozoruhodní. Jejich jedinečnost by odhalil až detailnější pohled do mozku, jehož jedna hemisféra je z třetiny tvořena lidskými buňkami. Vědci si od těchto zvířat slibují, že se jejich prostřednictvím dozvědí více o fungování zdravého lidského mozku. Zároveň jim tito potkani poodhalí základní mechanismy vzniku tak závažných onemocnění, jako je schizofrenie nebo Alzheimerova choroba, a snad napovědí, co lze udělat, aby se takto postižený člověk uzdravil. Zvířata s lidskými buňkami v mozku jsou rovněž příslibem pro léčbu těžkých úrazů hlavy nebo následků mozkové mrtvice.

Potkani s mozkem tvořeným z významné části lidskými buňkami nás ale zároveň stavějí před základní etickou otázku: Smíme dělat všechno, co umíme? Mozek je nositelem lidské inteligence a individuality. Nakolik můžeme tyto vlastnosti přenášet na zvířata? Jak moc je mohou polidštit? A je nám pro to dostatečnou omluvou, že takovým zákrokem můžeme odhalit tajemství chorob, které nás dokážou o inteligenci a osobnost připravit? Experimenty na potkanech zřejmě ještě nepřekročíme příslovečný práh třinácté komnaty. Ale v případě, že by vědci provedli podobný experiment s makakem, nebo dokonce se šimpanzem, by už situace nebyla z etického hlediska zdaleka jednoznačná.

Obtížný výzkum

Člověk považuje za naprostou samozřejmost, že díky mozku vnímá okolní svět, pamatuje si, prožívá širokou škálu emocí nebo vymýšlí zbrusu nové věci. Příležitost k vytvoření představy o komplikovanosti tohoto orgánu nám nabízí pohled na třpytivý pás Mléčné dráhy na noční obloze. Odhaduje se, že se v ní nachází kolem dvou set miliard hvězd. My ve své lebce nosíme podobnou „galaxii“ – v lidském mozku o hmotnosti jeden a půl kilogramu se ukrývá sto sedmdesát miliard buněk. Osmdesát šest miliard připadá na neurony, z nichž každý je obdařen desetitisíci spojů s jinými buňkami. Celkem se počet spojů v lidském mozku blíží jedné biliardě. Zatím jsme v nám známém kosmu neobjevili složitěji organizovanou hmotu, než je právě lidský mozek.

Velmi rádi bychom poznali, jak mozek funguje a jaké procesy v něm selhávají, když trpíme depresemi, schizofrenií nebo demencí. Není to jednoduché bádání, protože na rozdíl od mnoha jiných částí těla nemůžeme z mozku člověka odebírat vzorky za jeho života. To lze provést pouze při výjimečných příležitostech, třeba když neurochirurgové odstraňují z mozku nádor nebo tkáň vyvolávající epileptické záchvaty. Nemáme tak velkou naději, že podrobíme zevrubným analýzám buňky z mozku pacienta, u něhož propuká duševní onemocnění, a odhalíme tak procesy, které nástup choroby odstartují. 

Lékaři se většinou dostanou k mozku nemocného až po jeho smrti, kdy už bývá dílo zkázy dokonáno a kdy se toho o mechanismech vzniku choroby nedá mnoho vyčíst. Vědci se proto pokoušejí pochopit dění v lidském mozku experimenty na zvířatech, ale do cesty se jim staví hluboká evoluční propast, která nás od zvířat odděluje. Vždyť mozek myši obsahuje pouhých osmdesát milionů neuronů, tedy pouhé promile ve srovnání s lidským mozkem.

Mozkové organoidy

V poslední době pomáhají vědcům při výzkumu mozku tzv. organoidy. Někdy se označují také jako minimozky, ale neurobiologové to neradi slyší, protože i když se organoid v některých rysech mozku podobá, v mnoha ohledech jejich složitosti a organizovanosti nedosahuje. Organoidy nacházejí celou řadu uplatnění. Testují se na nich například léky. Vědci přidají zkoušenou látku do živného roztoku, ve kterém kultivují mozkový organoid, a následně mohou sledovat, jak na lék reagují různé typy buněk a jak se mění jejich propojení. Mohou tak včas odhalit nežádoucí vedlejší účinky, jež by se při podávání léku pacientům mohly projevit třeba až s odstupem mnoha let.

S pomocí organoidů lze dokonce nahlédnout do tajů lidské evoluce. Genoví inženýři dokážou nahradit v lidských buňkách vybrané geny za varianty, které byly typické pro dědičnou informaci neandertálců. Organoid narostlý z takových buněk pak napoví, jak se lišily neandertálské mozky od mozků člověka Homo sapiens.

Potkani s mozkem tvořeným z nemalé části lidskými buňkami jsou dalším příkladem využití organoidů. Vědci ze Stanfordovy univerzity vedení Sergiem Pascuem transplantovali lidské mozkové organoidy do mozku potkaních mláďat starých jen několik málo dní. Mozek mladých zvířat roste a jeho neurony se nově propojují. Pascu a jeho spolupracovníci proto doufali, že dynamicky se měnící mozek mláděte přijme lidský organoid a zabuduje ho do svých struktur. V tom se nemýlili. Přítomnost lidských buněk ve zvířecím mozku nepředstavovala problém, protože imunitní systém není v této části těla a v tomto životním období tak „ostražitý“.

Naopak, lidský organoid našel ve zvířecím mozku příhodné podmínky a dále rostl. U dospělých zvířat zaujímaly buňky pocházející z lidského organoidu třetinu mozkové hemisféry a byly funkčně propojené s okolní mozkovou tkání potkana. Lidský organoid a zvířecí mozek vytvořily funkční celek. O tom se vědci přesvědčili, když podráždili potkanům hmatové vousy. Lidské buňky, které byly vneseny do místa mozku, jež zpracovává kromě jiného i hmatové vjemy, na to reagovaly výrazným nabuzením.

Organoidy opravují poraněný mozek

Rozsah, v jakém se lidský organoid zabudoval do zvířecího mozku, inspiroval tým vedený Han-Chiao Isaacem Chenem z University of Pennsylvania k experimentu, v němž vědci testovali hojivé schopnosti organoidu. Zatímco Pascu a jeho spolupracovníci se snažili při transplantaci organoidu poškodit mozek potkaních mláďat co nejméně, Chen se svým týmem nejprve poškodil mozek dospělých potkanů v oblasti zrakového centra a na toto místo následně vnesl organoid narostlý z lidských buněk jako jakousi záplatu. Využili toho, že neurony organoidů vznikajících v jejich laboratoři nesly některé znaky typické pro tkáň mozkové kůry zrakového centra. Vědci předpokládali, že se organoid bude cítit v mozkové kůře zrakového centra „jako doma“. A to se jim splnilo. 

Ačkoli je dospělý mozek poměrně stabilní a má minimální regenerační schopnost, organoid se do rány ve zrakovém centru velmi dobře zabudoval. Jeho buňky rostly a do takto vzniklé nové tkáně prorostly z okolí cévy, která ji zásobovala kyslíkem a živinami. Detailnější pohled na aktivitu organoidové „záplaty“ prokázal, že reaguje na podněty vznikající v sítnici oka po dopadu světla. Organoid se tedy do funkcí poraněného zrakového centra zapojil. Na záblesky světla dopadající na sítnici reagoval nabuzením každý pátý neuron pocházející z lidského organoidu. Z neuronů zrakového centra zvířete reagovalo na světelné podněty plných 70 %. 

„Na světlo reaguje méně lidských neuronů, než by bylo třeba,“ konstatuje Chen. „Ale v našich dalších experimentech jistě najdeme způsob, jak efektivitu zvýšit.“

Výzkum Chenova týmu je brán odborníky jako průlom. Na druhé straně si ale i Chen jasně uvědomuje, že stojí se svým týmem na samém počátku dlouhé cesty. Vědci testovali potkany tři měsíce po transplantaci. Přitom je ale známo, že k plnému vyzrání neuronů je zapotřebí mnohem delší doba, obvykle jeden rok. Jak se budou chovat transplantované neurony po této době, není zatím jasné a odhalí to až další experimenty. 

Chen také přiznává, že poranění zrakového centra provedli vědci celkem šetrným způsobem, který má daleko do devastace mozku po úrazu nebo po mozkové mrtvici. Nakolik budou organoidy schopny zhojit i vážnější typ poškození mozkové tkáně, rovněž ukážou až další studie. Chen je ale optimista a pevně věří, že v budoucnu bude možné léčit poškození mozkové kůry transplantací tkáně vypěstované v laboratoři.

Etické otázky

Výzkum lidského mozku provází řada etických otázek. To platí i pro samotný výzkum na mozkových organoidech. Metody jejich kultivace se neustále zdokonalují a organoidy jsou tvořeny větším počtem různých typů buněk, získávají složitější strukturu a v některých se objevuje aktivita připomínající aktivitu v mozku vyvíjejícího se embrya. Organoidy nezískávají vědomí, ale přestávají být pouhou masou buněk a proměňují se v organizovanější, komplexnější útvary.

Někteří vědci, jako např. Elan Ohayon ze sandiegského Green Neuroscience Laboratory, varují, že v organoidu mohou nastávat stavy, jež bude možné označit za určitou formu utrpení. „V organoidech už můžeme pozorovat dění, které připomíná aktivity buněk v mozku vyvíjejícího se živočicha. Nechceme, aby lidé prováděli výzkum, při němž bude něco trpět,“ říká Ohayon.

Někteří bioetici, např. Insoo Hyun z Harvard Medical School, se pozastavují nad faktem, že pokud byly organoidy vneseny do mozku zvířat, pak byla jejich struktura i aktivita o poznání komplexnější než v případě, že organoidy zůstávají v laboratorních podmínkách. Podle Hyuna tedy nemáme přesnou představu, o jaké nervové obvody a struktury je mozek zvířete po transplantaci lidského organoidu obohacen, zda a případně nakolik to může zvýšit výkonnost potkaního mozku. 

Jak upozorňuje bioetik Julian Savulescu působící na University of Oxford, z etického hlediska se může situace zkomplikovat v případech, kdy budou pro transplantace do zvířecích mozků použity organoidy, jež dosáhly určité úrovně vědomí. Podle Savulesca je eticky problematická i možnost, že organoid po transplantaci toto primitivní vědomí ztratí. Bioetik dále poukazuje na situace, kdy bude část mozku reagovat jako mozek zvířete a jiná část bude vykazovat rysy aktivity typické pro člověka.

Jak budeme s takovým tvorem zacházet? Zůstane pro nás stále ještě zvířetem, nebo už mu přiznáme některé atributy lidské bytosti? Můžeme ho dále držet v podmínkách, v jakých se běžně chovají laboratorní zvířata? Anebo bychom mu měli zajistit důstojnější podmínky? Pokud mu přiznáme aspoň zčásti lidské rysy, pak je velmi sporné na něm dále provádět experimenty. Nelze opomíjet ani fakt, že lidská mozková tkáň ve zvířeti vznikla z buněk konkrétního člověka. Jaký bude vztah dárce buněk ke zvířeti vykazujícímu po transplantaci organoidu aktivity s určitými rysy činnosti lidského mozku? Jak se vypořádá s faktem, že jeho buňky generují „myšlenky“ v hlavě zvířete?

„Mnohé z těchto obav nebudou v dohledné době relevantní,“ připouští Julian Savulescu. „Přesto si zasluhují naši pozornost. Měli bychom využít toho, že momentálně nepředstavují transplantace lidských organoidů do mozku zvířat závažnější problém, a připravit se předem na dobu, kdy budou etické otázky spojené s tímto vědním oborem žhavě aktuální.“