Yurii Mongol
0 
3323
440
Neandertalarna utrotades för cirka 40 000 år sedan, men tack vare banbrytande vetenskap finns det nu ett labb i Kalifornien som har petriskålar fyllda med ärtstorleksversioner av grottmännens hjärnor.
Varför odlar och studerar forskare dessa minihjärnor? Anledningen, säger de, är att dessa små neurala klumpar kan avslöja varför neandertalarna dog ut och Homo sapiens fortsatte att erövra mycket av planeten.
"Neandertalarna är fascinerande eftersom de delade jorden med oss, och det finns nu genetiska bevis som vi faktiskt föder upp med dem," berättade studieledaren Alysson Muotri, chef för University of California, San Diego (UCSD) stamcellsprogram. [11 kroppsdelar odlade i labbet]
Kanske förklarar genetiska skillnader mellan neandertal och mänskliga hjärnor deras undergång och vår framgång, sa Muotri. Med andra ord är det möjligt att människor uppnådde stora tekniska framsteg eftersom vi har sofistikerade neurala nätverk, medan neandertalarna inte.
Muotri presenterade forskningen, som ännu inte har publicerats i en peer-granskad tidskrift, vid en UCSD-konferens med namnet Imagination and Human Origins den 1 juni.
Bygga en hjärna
För att undersöka jämförde Muotri och hans kolleger genomet av neandertalar (tidigare utvunnna från fossila ben och sekvenserades av andra forskare) med det för moderna människor. Av 200 kandidatgener som visade signifikanta skillnader mellan de två arterna beslutade forskarna att fokusera på bara en: en mastergenuttrycksregulator känd som NOVA1.
NOVA1 uttrycks starkt under neuroutveckling och har kopplats till neurala tillstånd, såsom autism och schizofreni, sa Muotri. NOVA1-genen är anmärkningsvärt likadan hos människor och neandertalar - bara ett enda baspar (eller par DNA-bokstäver) skiljer sig mellan de två.
Forskare har redan odlat små mänskliga organ, kända som organoider, i labbet. För att odla mini-neandertalhjärnor (som forskarna lekfullt kallade neanderoider), använde de genredigeringsverktyget känt som CRISPR för att "neanderthalisera" mänskliga pluripotenta stamceller, eller omogna celler som kan utvecklas till vilken cell som helst i kroppen, sa Muotri.
Sedan, med deras interna protokoll, "vi samlade stamcellerna för att bli en hjärnorganoid", en process som tar mellan sex och åtta månader, sa Muotri. Nu fullvuxen, mäter Neanderoiderna cirka 0,2 tum (0,5 centimeter) i storlek, "så att du faktiskt kan se dem med blotta ögat när de är mogna," sade han.
Minihjärnorna kan inte bli större eftersom de inte är vaskulariserade, vilket innebär att de inte har blodtillförsel. Snarare får minihjärncellerna (det finns upp till 400 000 per hjärna) näringsämnen genom diffusion.
"Det är möjligt att vi i framtiden kan växa en större organoid," sa Muotri. "Vi arbetar med detta genom att skapa biotryckta konstgjorda blodkärl inuti dem."
Starka skillnader
Mänskliga lab-odlade hjärnor är vanligtvis runda, men Neanderoiderna var det inte. Istället hade de neandertala minihjärnorna långsträckta rörformade strukturer som gav dem en popcornliknande form, "sade Muotri.
Några av Neanderoidcellerna migrerade också snabbare från källan under utvecklingen, vilket kan förklara den ovanliga popcornbildningen, konstaterade han. [3D-bilder: Utforska den mänskliga hjärnan]
Dessutom tillade Muotri att neanderoiderna inte hade så många synaptiska anslutningar eller förbindelser mellan neuroner och hade förändrat neuronala nätverk. Dessa funktioner liknar mänskliga minihjärnor odlade från personer med autism, sade han. Men det är svårt att säga vad denna likhet betyder, om något, sa han.
"En korrelation betyder inte att de liknar", sade Muotri. "Vi kan bara spekulera om detta i detta skede."
Forskningen är dock fortfarande i början, och det är viktigt att notera att projektet har några begränsningar, säger Svante Pääbo, chef för Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig, Tyskland, som inte var involverad i forskningen.
"Organoider är långt ifrån att kunna berätta för oss hur vuxna hjärnor fungerar," berättade Pääbo till tidningen Science. Han och hans kollegor arbetar också med att göra mini-neandertalhjärnor, och metoden kan ibland införa oavsiktliga mutationer, sade Pääbo.
Trots det, med kontrollerade experiment "Jag är ganska hoppfull att vi kommer att övervinna dessa tvivel," berättade Pääbo till Science Magazine och tillade att han hoppas kunna jämföra Neanderoider med minihjärnor skapade av schimpans eller mänskliga celler.
Vad kommer härnäst
Muotris team tacklar nu en annan sci-fi-liknande utmaning. De har utvecklat ett sätt för robotar att mäta elektriska hjärnsignaler som skickas av mänskliga minihjärnor. Genom att ansluta robotarna till minihjärnorna hoppas de kunna skapa en "lärandeåterkopplingsslinga" som hjälper hjärnan att leda roboten att utforska omgivningen.
"I slutändan vill vi jämföra den neanderthaliserade organoiden [med roboten] för att testa dess förmåga att lära," sa Muotri.
Sammantaget kan organoidforskningen avslöja vilka genetiska varianter som är avgörande för människans framgång. "Genom att göra detta systematiskt kommer vi att lära oss vad som är de genetiska förändringarna som gjorde oss unikt mänskliga och varför de var positivt utvalda," sa Muotri.
Originalartikel om .