מחקר סטנפורד: המוח נבנה משני מסלולי התפתחות עובריים נפרדים

במחקר בהובלת Stanford Medicine עולה כי החלק הקדמי והחלק האחורי של המוח אינם נוצרים בהכרח מאוכלוסיית תאים עצבית מוקדמת אחת, שמקבלת בהמשך זהות אזורית שונה. במקום זאת, החוקרים זיהו כבר בשלבים מוקדמים של ההתפתחות שתי תוכניות תאי-אב נפרדות שאינן חופפות: שושלת שמבטאת את הגן Otx2 ומייצרת את המוח הקדמי והמוח האמצעי, ושושלת שמבטאת את Gbx2 ומחויבת ליצירת המוח האחורי. 1

לממצא יש חשיבות הן להבנת התפתחות המוח והן למחקר בתאי גזע. הוא מציע שכדי לגדל תאי גזע של גזע המוח באופן נאמן להתפתחות הטבעית, יש להתחיל במסלול ההתפתחות של המוח האחורי עצמו — ולא לנסות להסב תא עצבי שכבר קיבל זהות קדמית.

שתי אוכלוסיות תאי-אב כבר בתחילת ההתפתחות

החוקרים בחנו עוברי עכבר בשלב הגסטרולציה, שלב מוקדם מאוד בהתפתחות העוברית. הם זיהו אוכלוסייה קדמית של אקטודרם עצבי, המסומנת בביטוי Otx2, שצאצאיה מיועדים להפוך למוח הקדמי ולאמצעי; ולצדה אוכלוסייה אחורית, המסומנת בביטוי Gbx2, המחויבת ליצירת המוח האחורי. לפי Stanford Medicine, שתי האוכלוסיות לא חפפו זו עם זו כבר בשלבים המוקדמים שנבדקו. 1

אין מדובר רק במפה של אזורי מוח בשלב מאוחר. השאלה המקובלת בתחום הייתה אם קיים תא עצבי מוקדם משותף, שמקבל בהדרגה זהות קדמית או אחורית. התוצאה המתוארת במחקר תומכת במקום זאת בהתמיינות מקבילה: התוכניות שיוצרות את המוח הקדמי/האמצעי ואת המוח האחורי נבדלות זו מזו כבר מלכתחילה.

גם מצב הכרומטין הצביע על גורלות נפרדים

ביטוי גנים מראה מה תא עושה ברגע נתון. החוקרים בדקו גם את הכרומטין — האופן שבו ה־DNA ארוז ונגיש בתוך התא, המשפיע על הגנים שהתא יכול להפעיל.

באקטודרם העצבי הקדמי והאחורי נמצאו מצבי כרומטין שונים. לפי פרשנות החוקרים, ההבדלים מחזקים את המסקנה שמדובר במחויבויות התפתחותיות נפרדות: האוכלוסיות הקשורות ל־Otx2 ול־Gbx2 אינן פשוט תאים בני-החלפה, המגיבים בהמשך לאותות שונים.

מחקרים קודמים הראו כי Otx2 ו־Gbx2 מסמנים תחומים מנוגדים סביב הגבול העתידי שבין המוח האמצעי למוח האחורי: Otx2 חיוני להתפתחות המוח הקדמי והאמצעי, ואילו Gbx2 חיוני למוח האחורי הקדמי. 1 המחקר החדש מרחיב את התמונה וממקם את הפיצול בשתי אוכלוסיות תאי-אב נבדלות בשלב עוברי מוקדם במיוחד.

מדוע זה שינה את הדרך לייצר תאי גזע של גזע המוח

המשמעות המעשית המרכזית של הממצא הייתה ניסיון לייצר נוירונים מוטוריים של המוח האחורי מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים.

אם זהות של מוח אחורי נוצרת במסלול נפרד הקשור ל־Gbx2, פרוטוקולים שמתחילים מתא עצבי בעל אופי קדמי ואז מנסים לדחוף אותו לכיוון אחורי עלולים להחמיץ מגבלה התפתחותית חשובה. החוקרים הנחו במקום זאת תאי גזע אנושיים דרך התוכנית ההתפתחותית האחורית.

לפי Stanford Medicine, הגישה הניבה במעבדה נוירונים מוטוריים אנושיים פעילים של המוח האחורי. התאים ירו פוטנציאלי פעולה והציגו מאפיינים מולקולריים המזוהים עם אזורים במוח האחורי המעורבים בשליטה על שרירי הפנים והבליעה. 1

מודל מדויק יותר לחקר מחלות גזע המוח

נוירונים מוטוריים של המוח האחורי רלוונטיים למצבים שבהם פגיעה בגזע המוח עלולה להשפיע על בליעה ונשימה, ובהם ניוון שרירים שדרתי (SMA) ו־ALS. תאים בעלי זהות אזורית מתאימה עשויים לספק מערכת ניסויית ממוקדת יותר לבדיקת מנגנוני מחלה ולחקר סוגי הנוירונים הפגיעים.

עם זאת, אין בכך הוכחה לטיפול, וגם לא הוכחה שהתאים שגודלו במעבדה משחזרים כל היבט של מחלה. הערך המיידי הוא יצירת מודל התפתחותי: אפשר לחקור נוירונים אנושיים משושלת המוח האחורי, שבעבר היה קשה לייצר עם זהות ותפקוד מתאימים.

דפוס אבולוציוני עתיק מקו החולייתנים

החוקרים דיווחו על ארגון דומה של שני מקורות — קדמי ואחורי — גם בעוברי תרנגולת, דגי זברה ותולעי בלוט, קרובות רחוקות של החולייתנים בקבוצת הדאוטרוסטומיים. מההשוואות האלה הם מסיקים שהחלוקה הקדמית־אחורית עתיקה מאוד מבחינה אבולוציונית, בסדר גודל של כ־550 מיליון שנה. 1

זו מסקנה הנסמכת על דמיון בארגון ההתפתחותי בין בעלי החיים, ולא טענה שלמוחות בני-זמננו יש מבנה זהה. מה שנראה שנשמר הוא ההיגיון ההתפתחותי הבסיסי: תוכניות עצביות קדמיות ואחוריות נפרדות תורמות יחד למערכת עצבים משולבת.

מה פירוש הביטוי „שני איברים נפרדים” — ומה לא

הניסוח של המחקר פרובוקטיבי בכוונה, אך חשוב לדייק בו. אין פירושו שלאדם בוגר יש שני מוחות מנותקים, או שהמוח הקדמי והמוח האחורי פועלים בנפרד. אזורי המוח הבוגר מחוברים מבחינה אנטומית ותלויים זה בזה מבחינה תפקודית.

הטענה הנתמכת בראיות צרה יותר ונוגעת להתפתחות: נראה שהמוח הקדמי והאמצעי, לעומת המוח האחורי, נוצרים משושלות מוקדמות נפרדות שאינן חופפות. שינוי נקודת המבט הזה עשוי להסביר מדוע היה קשה לגדל בתרבית סוגי תאים של גזע המוח — ומדוע לשחזור המסלול העוברי הנכון יש חשיבות. 1