Organoizii cerebrali dezvăluie de ce creierul maimuțelor mici are o suprafață netedă
Cercetătorii de la Centrul German de Primatologie din Göttingen au investigat procesele celulare care fac ca creierul maimuței common marmoset să se dezvolte diferit față de creierul uman. Studiul, publicat în Science Advances, arată că anumite celule progenitoare neuronale se dezvoltă diferit la această specie, atât morfologic, cât și temporal, ceea ce duce la reducerea dimensiunii și a pliurilor creierului.
Majoritatea speciilor de primate au creiere relativ mari, cu suprafețe marcate de circumvoluțiuni și șanțuri pronunțate. Acest lucru nu este valabil însă pentru common marmoset, o specie de maimuță sud-americană tot mai folosită în cercetarea biomedicală, al cărei creier este neted și aproape fără pliuri. Cercetătorii consideră că strămoșul comun al tuturor primatelor avea un creier de dimensiuni medii și cel puțin parțial pliat, ceea ce ridică întrebarea cum au apărut diferențele actuale.
„Am vrut să înțelegem ce schimbări la nivel celular fac ca creierul maimuței marmoset să crească mai puțin și să formeze mai puține pliuri”, explică Lidiia Tynianskaia, unul dintre primii autori ai studiului și doctorand în cadrul grupului de cercetare Dezvoltarea și Evoluția Creierului de la DPZ. „La începutul dezvoltării, creierul acestei maimuțe prezintă structura și compoziția tipice ale unui creier de primată mare și pliat. Pe măsură ce dezvoltarea avansează, trebuie să intervină procese care încetinesc efectiv producția de celule nervoase.”
În experimente comparative care au folosit organoizi cerebrali de la common marmoset și de la oameni, oamenii de știință s-au concentrat în special asupra celulelor progenitoare ale creierului, responsabile de producerea neuronilor. Numărul de neuroni este unul dintre factorii decisivi care determină cât de mare și cât de pliat devine un creier.
Cercetătorii au descoperit că mai multe procese care au loc la niveluri diferite și în tipuri diferite de celule duc la reducerea dimensiunii și a plierii cortexului cerebral la marmoset. „Investigațiile noastre au arătat că anumite celule progenitoare de la common marmoset se divid semnificativ mai lent decât la oameni”, spune César Mateo Bastidas Betancourt, cel de-al doilea prim autor al studiului și doctorand în cadrul aceluiași grup de cercetare. „Alte celule progenitoare au o structură mai simplă decât omologii lor umani, cu mai puține prelungiri, și sunt astfel mai puțin proliferative. Ambii factori duc în final la mai puține celule nervoase, ceea ce contribuie la o dimensiune mai mică și la mai puține pliuri ale cortexului cerebral.”
În plus, cercetătorii au arătat că momentul apariției anumitor caracteristici și comportamente ale celulelor progenitoare este modificat la marmoset față de oameni. Ca urmare, celulele progenitoare ale acestei specii au o fereastră temporală generală mai scurtă în care se pot prolifera rapid.
Cele mai multe experimente au fost realizate pe organoizi cerebrali, structuri celulare tridimensionale mici care reflectă fidel calendarul anumitor etape de dezvoltare ale creierului. „Studiul combină avantajele metodelor in vivo și in vitro”, spune Michael Heide, șeful grupului de cercetare Dezvoltarea și Evoluția Creierului. „Organoizii sunt potriviți pentru a obține rezultate solide din punct de vedere statistic, deoarece astfel de dimensiuni ale eșantionului nu sunt fezabile la primate. Ulterior am repetat câteva experimente-cheie pe țesut cerebral fetal pentru a confirma rezultatele obținute pe organoizi.”
Comparația a relevat că organoizii de marmoset în vârstă de 50 de zile seamănă îndeaproape cu dezvoltarea naturală a creierului în ziua 90. Această comparație a fost importantă pentru că le-a permis cercetătorilor să alinieze cu precizie calendarul dezvoltării din organoizi cu cel din creierul maimuței și să interpreteze în mod fiabil rezultatele.
Studiul evidențiază modul în care ar fi putut evolua diversitatea dimensiunilor și formelor creierului la primate și oferă, totodată, un cadru important pentru înțelegerea mai bună a proceselor de dezvoltare și a tulburărilor acestora la creierul uman.
