Множество лабораторий располагают культурами нейронов. А если они объединятся в группы? Организуются в ткань и будут генерировать собственные сигналы – мысли, переживания. Что тогда? Этим клеткам полагается защита, которая обычно в исследованиях обеспечивается всем животным, а тем более людям? Как с ними обращаться, какие законы – клеточные или организменные – к ним применимы? На вопросы об этике в экспериментах с мозгом попыталась ответить группа американских исследователей в своей статье, опубликованной в Nature.
Работа со срезами мозга человека. Credit: Darragh Mason Field/Barcroft Images/Getty
Это вопросы кажутся странными, ведь если и придётся их когда-либо решать, то не на нашем веку – вот что думает большинство людей. Отчасти они правы, но всё-таки подобные проблемы уже наступают человечеству на пятки. Сегодня мы можем гораздо больше простого выращивания культур: разрабатываемые модели для исследования функционирования человеческого мозга позволяют растить миниатюрные, упрощённые версии нейрональной ткани, выращенные из стволовых клеток – так называемые сфероиды. Это не просто определённый тип нейронов – это могут быть разные нервные клетки, включая глию, которые сосуществуют вместе также слажено, как и в более обширных количествах в головном мозге живого организма.
Учёные, занимающиеся этим, постоянно пребывают между молотом и наковальней: с одной стороны – наше тотальное непонимание многих базовых основ функционирования нервной системы, уже не говоря об отклонениях в этом сложнейшем процессе. Хотя животные модели во многом ограничены, они всё равно широко используются для исследований в этой области. Но зачастую то, что работает на животных, не работает (или работает совершенно иначе) у людей. С другой стороны, отказ от исследований, основанных на химерных животных, просто бесчеловечен с учётом объёма до сих пор не полученной информации и количества страдающих людей. Но с приближением исследований на химерах неумолимо приближаются и острые этические споры…
И проблема не только в создании и эксплуатации химер. Она заключается ещё и в отсутствии чётких руководств по обращению с ними, в которых мы сейчас нуждаемся как никогда. Более того, они должны быть адаптированы с учётом последних открытий, технологий и возможностей – такой уточняющий вывод делают нейробиологи, биологи стволовых клеток, этики и философы по результатам всеобщего собрания, посвященного этике и проведённого в 2017 году при поддержке Национального Института Здоровья США (National Institutes of Health, NIH). Далее приведены основные проблемы, которые затронуло научное сообщество в ходе этого мероприятия – именно они должны лечь в основы современных руководств.
Для исследований человеческого мозга без участия человека предложено три варианта:
Органоиды (сфероиды) – стволовые клетки мозга при умелой поддержке разнообразными факторами роста могут дифференцироваться и самоорганизовываться в структуры, которые напоминают определённые области человеческого мозга. На этой модели можно проследить образование межнейронных связей, миграцию нейронов и ключевые особенности строения мозга.
3D органоиды мозга. Credit: Genome Institute of Singapore, A*STAR
Из достоинств этой модели можно отметить длительное время жизни (по сравнению с монослойными культурами во флаконах или чашках петри) – около двух лет, причём, это не отдельная культура, а совокупность типов клеток – уже вышеупомянутые нейроны и глиальные клетки. Однако, они не лишены недостатков: не все типы клеток могу полноценно самоорганизовываться – органоиды не способны васкуляризироваться и развивать микроглию. Они имеют размер не более 4 мм, и это очень много по сравнению с клеточной культурой, но всё ещё мало по сравнению со средними 1350 кубическими сантиметрами мозга. 4 миллиона клеток против 86 миллиардов – практически ничто.
И все же эта модель позволила исследовать такие нейропатологии, как аутизм и шизофрению, а также установить причины микроцефалии детей женщин, заразившихся вирусом Зика. А ещё в одном из исследований с применением этой модели, где помимо мозговых нейронов присутствовали клетки сетчатки, удалось получить детерминированный ответ от сфероида в ответ на фотостимуляцию.
Мозг Ex vivo. Эта методика заключается в исследовании, построенном на кусочках ткани мозга пациента, извлечённого в ходе проведения хирургических вмешательств или изъятого у свежего трупа. «Похвастаться» этот метод может тем, что размер тканей достигает размера кубика сахара, а то и больше. Для исследования делают срезы, которые сохраняют функциональную активность до нескольких недель. Современные методы сохранения ткани и визуализации физиологических процессов только прибавляют мощности этому научному инструменту.
Используя эти срезы, исследователи могут измерить синаптические и другие свойства нейронов в интактных схемах головного мозга; отобразить трехмерную морфологию; экстрагировать и анализировать клеточную РНК, чтобы исследовать экспрессии интересующих генов и даже пользоваться оптогенетическими подходами. И тем не менее, полученные образцы ткани принадлежат патологическим очагам – опухолевым или эпилептическим. Нормальную нейрофизиологию с их помощью практически не постичь.
Третьим методом, с которого и взяла начало статья — химеры. Он заключается в трансплантации человеческих клеток, полученных in vitro из плюрипотентных стволовых клеток, в мозг животных, например, грызунов. В этом случае обеспечивается более естественная благоприятная среда, нейроны могут развиваться и дифференцироваться прямо в мозге животного.
Например, нейробиологи пересадили человеческие глиальные клетки мышам и обнаружили, что животные стали чуть лучше выполнять определённые задачи, связанные с обучением. Исследователи также вводили человеческие стволовые клетки эмбрионам свиней на ранних стадиях развития эмбрионов, а затем пересаживали эмбрионы суррогатным свиноматкам, правда, только до конца первого триместра беременности. Дольше запрещено этическим комитетом. Более 150 эмбрионов развились в химеры; у них около 1 из 10000 клеток в зачатках сердца и печени были человеческими.
Другая группа исследований даже успешно пересадила человеческие нейроны грызунам, добившись их полноценной васкуляризации.
Чем дальше развиваются технологии выращивания элементов мозга вне человека, тем больше беспокойств не только у этического комитета, но и у обычных людей – они думают о том, что мы практически не способны достоверно установить факт наличия у этих структур чувствительности, памяти и сознания.
Может ли при исследованиях, связанных с мозговой тканью, взятой от живого человека или трупа, сохраняться информация о воспоминаниях человека? Могут ли структуры, которые уже не «биологически человеческие», всё ещё оправдывать некоторую степень квази-человеческого или человеческого морального статуса?
Ввиду того, что природа сознания, равно как и методы установки его функциональных проявлений, до сих пор не выяснена, говорить о его наличии или отсутствии у клеточных агрегатов кажется чем-то абсурдным.
Что касается химер – они бесспорно имеют определённую форму сознания, хотя и вряд ли полноценно человеческую. Но так ли это важно? Ведь этические принципы относятся к животным в едва ли меньшей степени, чем к людям. Поэтому они содержатся … преимущественно в коматозном состоянии. Влияет ли это на получаемые результаты исследований? Пока никто не может дать ответ на этот вопрос.
Исследователи уже получали мышей с поджелудочной железой крыс, вводя крысиные плюрипотентные стволовые клетки в мышиные эмбрионы. Тот же подход может однажды дать возможность производить человеческие органы в других животных.
Но определение границ дозволенного в этом случае ещё более туманно – растить сердце в свинье можно, а мозг в крысе – нет. Что из этого делает животное более или менее человекоподобным?
Могут ли модели человеческого мозга ex vivo бросать вызов нашему пониманию жизни и смерти? Какие последствия могут иметь такие модели для юридического определения смерти и каковы последствия для решений, связанных с этим определением, таких как донорство органов? Иными словами, если смерть – это смерть мозга, то можно ли считать умершим того, фрагменты чьего мозга всё ещё функционируют в мыши или крысе?
Является ли стандартный процесс получения информированного согласия адекватным для исследований с использованием клеток или тканей человеческого мозга или разработки суррогатов мозга из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток?
В настоящее время исследователи, использующие плюрипотентные стволовые клетки или ткани мозга, подробно описывают пациенту план исследования. Много ли людей захотят, чтобы их мозг раздробили и использовали для создания химер?…
Этот целевой подход используется в других контекстах. Когда люди, проходящие процедуры оплодотворения in vitro, предпочитают жертвовать лишние эмбрионы для исследования, например, они уверены, что они не будут использоваться для создания ребёнка.
Кто должен «владеть» (и должен ли?) мозговой тканью ex vivo, органоидами мозга или химерами?
Как следует утилизировать человеческую мозговую ткань или обрабатывать её в конце эксперимента? Сегодня мозговые органоиды или ткань мозга ex vivo обезвреживаются в соответствии со стандартными методами утилизации всех тканей. Но если исследователи получат мышей, скажем, с некоторыми передовыми когнитивными способностями, должны ли эти животные быть уничтожены или получить специальное лечение в конце исследования?
В области нейронаук этическими комиссиями уже предпринимаются различные усилия. Описываемые технологии настолько новы, противоречивы и необходимы, что существующие институциональные комитеты по этике или мероприятия по надзору за исследованиями стволовых клеток, возможно, ещё даже не разработаны. Для исправления этой проблемы планируется дополнительно призвать множество специалистов по этике и смежным областям наук.
Самое важное! Эти сложные вопросы не должны останавливать передовые исследования. Напротив, экспериментальные модели человеческого мозга могут помочь нам разгадать тайны о психических и неврологических заболеваниях, которые долгое время оставались неуловимыми. Но для обеспечения успеха и социального признания этого исследования в долгосрочной перспективе этическая основа должна появиться как можно скорее, полнее и перспективнее. И неважно, сколько на это потребуется сил – всё ради новой, «химерной», эры в науке.
Подготовила Дарья Тюльганова
The ethics of experimenting with human brain tissue. Difficult questions will be raised as models of the human brain get closer to replicating its functions, explain Nita A. Farahany, Henry T. Greely and 15 colleagues. Nature 556, 429-432. Published April 2018.
doi: 10.1038/d41586-018-04813-x
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
