מחקר: המוח האנושי הוא שני איברים נפרדים שהאבולוציה חיברה
חוקרים מסטנפורד מצאו שתי אוכלוסיות תאי אב שרצות במקביל כבר בימים הראשונים של העובר: אחת בונה את המוח הקדמי והאמצעי, השנייה את גזע המוח, והן אינן מתערבבות זו בזו. אותה חלוקה נמצאה גם בתרנגולות, בדגי זברה ובתולעים ימיות, מינים שנפרדו מהאדם לפני יותר מ-550 מיליון שנה. בדרך הצליחו החוקרים לגדל לראשונה נוירונים מוטוריים אנושיים של גזע המוח, צעד שנוגע ישירות ל-ALS ולניוון שרירים שדרתי
ספרי הלימוד בביולוגיה התפתחותית תיארו עד היום את המוח כאיבר שצומח ממקור יחיד: אוכלוסיית תאי אב אחת שמתחלקת, מתמחה, ובסופו של דבר מייצרת את המוח הקדמי, האמצעי והאחורי. מחקר חדש של חוקרים מסטנפורד, שהתפרסם בשבוע שעבר בכתב העת Nature Neuroscience, מציע תיאור אחר לגמרי. לפי הממצאים מדובר בשתי אוכלוסיות תאים שרצות במקביל כבר בימים הראשונים של העובר, ואינן מתערבבות זו בזו לאורך כל הדרך.
אוכלוסייה אחת מבטאת גן בשם Otx2, ומתוכה נבנים המוח הקדמי והאמצעי: השפה, החשיבה המופשטת, התודעה. השנייה מבטאת גן בשם Gbx2, ומייצרת את המוח האחורי ואת גזע המוח, שאחראים לנשימה, לקצב הלב, למחזור השינה ולשרירים שמפעילים את הבליעה ואת הבעות הפנים. שתי הקבוצות מופיעות בעובר עוד לפני שיש לו צורה מזוהה, וביטוי שני הגנים אינו חופף באף תא בודד.
את הבדיקה הראשונה ערך הצוות בעוברי עכבר בשלב הגסטרולציה, אחד השלבים המוקדמים ביותר בהתפתחות, שבו נקבעת החלוקה לשכבות הרקמה הבסיסיות. במודל הישן המוח האחורי היה ענף שמתפצל מאותו גזע התפתחותי שממנו יוצא המוח הקדמי. בממצאים החדשים הוא מופיע כמסלול עצמאי, בלי שלב משותף שממנו שניהם התחילו.
המוח האחורי מחולק אצל כל בעלי החוליות לשמונה מקטעים חוזרים שנקראים רומבומרים, ומכל מקטע יוצאים עצבים אחרים: אחד מפעיל את שרירי הלעיסה, אחר את שרירי הפנים, שלישי את הגרון. חלוקה מסודרת כזאת אינה קיימת במוח הקדמי, והיא אחד ההבדלים המבניים שמחזקים את הטענה שמדובר בשתי מערכות עם היסטוריה נפרדת ולא בשני חלקים של אותה רקמה.
מה גילו אצל התרנגולת, הדג והתולעת?
החוקרים חיפשו את אותה חלוקה גם מחוץ ליונקים, ומצאו אותה בתרנגולות, בדגי זברה ובתולעי אלון ימיות. המרחק האבולוציוני בין המינים האלה לאדם גדול מ-550 מיליון שנה, ומנגנון ששורד פרק זמן כזה נחשב בדרך כלל לבסיסי במיוחד. מדוזות, שנפרדו מהענף שלנו לפני 600 עד 700 מיליון שנה, מחזיקות עד היום שתי מערכות עצבים נפרדות בשני קצוות הגוף. בעלי חיים פשוטים מהסוג הזה כבר הפתיעו חוקרים בעבר, וההתנהגות שתועדה אצל המדוזה שלומדת בלי מוח הראתה שיכולת למידה קיימת גם בלי מרכז עצבי אחד.
גידול נוירונים של גזע המוח במעבדה נכשל במשך שנים מסיבה פשוטה: הפרוטוקולים הקיימים דחפו את תאי הגזע לזהות של מוח קדמי או של חוט שדרה, והאזור שבאמצע נשאר מחוץ להישג יד. סימון השושלת בעזרת Gbx2 נתן לחוקרים סמן שאפשר לעקוב אחריו ולכוון לפיו, וזו הסיבה שהתוצאה המעבדתית הגיעה מיד אחרי הממצא האבולוציוני.
אחרי שזוהה הגן שמאפיין את השושלת האחורית, הצוות הצליח להנחות תאי גזע אנושיים פלוריפוטנטיים להפוך לנוירונים מוטוריים של המוח האחורי, לראשונה. התאים שנוצרו ירו פוטנציאל פעולה, כלומר אות חשמלי אמיתי, והציגו את החלבונים המאפיינים את המקטעים שמפעילים את שרירי הפנים והבליעה.
ניוון שרירים שדרתי, SMA, הוא הגורם הגנטי המוביל לתמותת תינוקות מתחת לגיל שנה, והפגיעה מתרחשת בדיוק בתאים האלה. ALS, שמאובחן ברוב המקרים בין גיל 40 ל-70, תוקף אף הוא את הנוירונים המוטוריים של גזע המוח. עד עכשיו היה קשה מאוד לחקור אותם בלי רקמה שנלקחה מחולים, משום שאיש לא ידע לגדל אותם בצלחת.
שבץ בקליפה עלול לפגוע בדיבור או בזיכרון, ואילו נזק בגזע פוגע ביכולת לנשום, לבלוע ולשמור על קצב לב יציב, ולכן שיעורי התמותה בו גבוהים בהרבה. ההפרדה ההתפתחותית שהמחקר מתאר מסבירה למה תרופות שמשפיעות על אזור אחד לא בהכרח עושות משהו באזור השני.
- 20% פחות סמני דופמין: מה שסריקות המוח גילו על קורונה ממושכת
- שתי אלפיות שנייה: לראשונה נצפתה קפיצה קוונטית של צליל
מעגלי השובע והרעב שעליהם פועלות תרופות ההרזיה מקבוצת GLP-1, ובהן סמגלוטייד, יושבים גם הם במוח האחורי. יכולת לגדל את התאים האלה במעבדה מאפשרת לבדוק מולקולות ישירות על רקמה אנושית במקום להסתמך על מודלים מן החי, וזה רלוונטי לשוק שמגלגל עשרות מיליארדי דולרים בשנה. המחקר שבחן את הקשר בין מינון אוזמפיק לירידה במשקל מצא שכל מיליגרם נוסף נקשר לירידה נוספת של 3.15% במשקל.
הגבול בין שתי המערכות מוכר למדענים כבר משנות התשעים בשם הארגון האיסתמי, אזור צר שבו נפגשים ביטויי שני הגנים והוא מכוון את התפתחות הרקמה סביבו. מה שהשתנה עכשיו הוא הפרשנות: אם עד כה נתפס הגבול כתפר בתוך רקמה אחת, המחקר מציג אותו כמפגש בין שתי רקמות שמעולם לא היו אחת.
קייל לו, חוקר ביולוגיה התפתחותית בסטנפורד שהוביל את העבודה, ביצע אותה יחד עם צוותים ממכון קליפורניה לטכנולוגיה ומאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו. המימון הגיע מהמכונים הלאומיים לבריאות בארצות הברית, מהקרן הלאומית למדע האמריקאית ומהמכון הקליפורני לרפואה רגנרטיבית. מודל שהחזיק עשרות שנים לא מוחלף בפרסום בודד, ועבודות המשך יידרשו כדי לבדוק אם ההפרדה החדה נשמרת גם בשלבים מאוחרים יותר של ההתפתחות האנושית.
הצעד הבא שהצוות מתכנן הוא שימוש בתאים שגודלו כדי לסנן מולקולות על נוירונים אנושיים חיים. כרגע מדובר בתאים של מקטעים 5 ו-6 של המוח האחורי, אותם מקטעים שמפעילים את שרירי הבליעה ושפגיעה בהם היא אחד הסימנים הקשים של המחלות האלה.
