מוח מלאכותי זעיר

מוח מקופל הוא מוח בריא

english

דיווחים

תאריך: 2 מאי, 2018

קפלי המוח שלנו – מיליארדי נוירונים צרורים באופן מושלם בחלל תָּחוּם שגודלו כגודל אשכולית – הם תנאי חיוני לבינה האנושית. במהלך הניסיון להבין כיצד נוצרים קפלים אלה ומהם המנגנונים הנמצאים בבסיס מחלות שבהן הם אינם נוצרים, פרופ' אורלי ריינר וצוותה במחלקה לגנטיקה מולקולרית שבמכון ויצמן למדע פיתחו שיטה לגידול מוחות מיניאטוריים על שבב. מוחות אלה יאפשרו להם לעקוב אחר הפיסיקה של תהליכי ההתפתחות המוקדמים של המוח האנושי.

מחקר זה חשוב במיוחד לחקר התפתחות המוח, מכיוון שתינוקות עם ליסנצפליה (lissencephaly, תסמונת המוח החלק) סובלים מהפרעות התפתחותיות חמורות. לתינוקות עם תסמונת המוח החלק יש מיעוט של קמטים במוח.

לא קל לגדל אורגנואידים (organoids), שהם צברים מיניאטוריים תלת-ממדיים של תאי מוח, במיוחד אם רוצים ללמוד על התפתחות מוחות בגודל מלא. באופן טיפוסי, לאורגנואידים אין כלי דם וארגון מהימן, וקשה להציץ אל תוכם ולצפות בגדילתם. ד"ר אייל קרצברון, שהיה פוסטדוקטורנט במעבדתה של פרופ' ריינר, התמודד עם הבעיה באמצעות פיתוח שיטה חדשה המגבילה את צמיחת המוחות הזערוריים בכיוון אחד. בשיטה זו, מתקבל אורגנואיד דמוי פיתה – עגול ושטוח בעל חלל פנימי דק – שקל לדמת אותו, לעקוב אחר צמיחתו לאורך זמן ולהזין אותו כראוי. והכי חשוב, הודות לגדילה מהירה יותר של החלק החיצוני לעומת החלק הפנימי, לאחר כשבועיים, מוחות זערוריים אלה התקמטו ממש כמו שקורה למוח האמתי במהלך התפתחותו.

"זו היתה הפעם הראשונה שקפלים כאלה נצפו באורגנואידים", אומר ד"ר קרצברון, שהמשיך למחקר פוסטדוקטורט באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה.

כדי להתמקד ברכיבים המולקולריים השולטים בתהליך ההתקמטות, ד"ר קרצברון, פרופ' ריינר ושאר חברי הצוות גידלו אורגנואידים הנושאים את הגן המוטנטי LIS1. בשנת 1993 פרופ' ריינר עוררה עניין רב כאשר זיהתה שתסמונת המוח החלק נגרמת ממוטציות בגן LIS1, המקודד חלבון המאפשר לתאי המוח העובריים לנדוד ממקום לידתם אל יעדם הסופי.

המוחות הזערוריים, האורגנואידים בעלי הגן LIS1 המוטנטי, גדלו לממדים דומים לממדי האורגנואידים האחרים, אך התפתחו בהם רק מעט קפלים מועטים. הקבוצה של ריינר עבדה עם ד"ר סידני כהן מהמחלקה לתשתיות מחקר כימי במכון ויצמן ויחד הם בדקו את תאי האורגנואידים באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי. ומצאו הבדל באלסטיות של התאים נושאי הגן המוטנטי. התאים הרגילים היו נוקשים פי שניים מהתאים המוטנטיים. כלומר, לא רק שנמצא הבדל ביולוגי בין התאים המוטנטיים לבין התאים הבריאים, אלא נמצא גם הבדל בתכונות הפיסיקליות שלהם.

"יש לנו כאן מודל שהוא לא בדיוק מוח, אבל הוא מודל טוב להתפתחות המוח", אומרת פרופ' ריינר. "אנחנו מבינים כעת טוב יותר מה יוצר את קפלי המוח, או למה המוח אצל מי שיש לו גן מוטנטי אחד הוא חלק ולא מקופל". החוקרים מתכננים להמשיך לפתח את המודל, אשר לדעתם עשוי להוביל לתובנות חדשות של מחלות אחרות הקשורות להתפתחות המוח, כולל מיקרוצפליה (מוח קטן), אפילפסיה וסכיזורפניה.

Prof. Orly Reiner is supported by the Nella and Leon Benoziyo Center for Neurological Diseases, the Dears Foundation, the Estate of David Georges Eskinazi, the Estate Jacqueline Hodes, the Kekst Family Institute for Medical Genetics, the Helen and Martin Kimmel Institute for Stem Cell Research, Mr. and Mrs. Jack Lowenthal, and the Dr. Beth Rom-Rymer Stem Cell Research Fund. Prof. Reiner is the incumbent of the Bernstein-Mason Chair of Neurochemistry.