Pierwszy w pełni syntetyczny model ludzkiego mózgu

Małe rusztowanie, wielkie pytania

11 grudnia 2025 r. zespół z University of California, Riverside zaprezentował platformę laboratoryjną o nazwie BIPORES: dwumilimetrowy blok syntetycznej tkanki zbudowany z chemicznie obojętnego polimeru, który – według badaczy – po raz pierwszy pozwala na utrzymanie ludzkich neuronalnych komórek macierzystych bez użycia jakichkolwiek składników pochodzenia zwierzęcego. Struktura jest celowo porowata i dwuciągła, dzięki czemu tlen i składniki odżywcze mogą przepływać przez mikrokanały – to techniczny szczegół, który zmienia garść komórek nerwowych w żywą sieć zdolną do tworzenia aktywnych połączeń. Praca ta ma skromną skalę fizyczną, ale ogromne znaczenie: oferuje nową, wolną od komponentów zwierzęcych drogę do modelowania części rozwijającego się ludzkiego mózgu i testowania leków, jednocześnie ożywiając znane etyczne i kulturowe wyobrażenia na temat tego, co oznacza tworzenie systemów mózgopodobnych w laboratorium.

Materiały i metoda: PEG, inspiracja strukturami bijel i światło

Rusztowanie bazuje na glikolu polietylenowym (PEG), powszechnie stosowanym, biologicznie obojętnym polimerze. Sam PEG nie dostarcza sygnałów biochemicznych, których komórki zazwyczaj używają do przylegania i organizowania się. Naukowcy z UCR pokonali tę przeszkodę, zapożyczając geometrię zamiast biologii: wzorowali materiał na „bijelach” – dwuciągłych żelach, których wewnętrzna architektura tworzy przeplatające się, ale ciągłe kanały. Przeciskając mieszaninę wody, etanolu i PEG przez szklane mikrorurki i utwardzając ją błyskiem światła, zespół stworzył nitkowate pasma z wewnętrznymi, falistymi kanałami. System druku 3D nakłada następnie warstwy tych włókien, tworząc stabilny blok, w którym tlen i składniki odżywcze mogą swobodnie krążyć.

Kluczem jest owa perfuzyjna, dwuciągła geometria. W prawdziwych tkankach naczynia krwionośne i macierz pozakomórkowa tworzą drogi wymiany gazowej i przesyłu cząsteczek sygnałowych; w BIPORES ciągłe kanały naśladują te funkcje i pozwalają uniknąć ograniczeń dyfuzyjnych, które są problemem gęstych żeli syntetycznych. Projekt ten zapewnia neuronalnym komórkom macierzystym sprzyjające, trójwymiarowe środowisko, w którym mogą one przylegać, namnażać się i – co kluczowe – tworzyć aktywne połączenia, jak donoszą badacze.

Co model potrafi – a czego nie

W obecnych eksperymentach rusztowanie ma dwa milimetry średnicy. Neuronalne komórki macierzyste wysiane w tym bloku nie tylko przeżyły, ale wykazały oznaki tworzenia sieci i aktywność elektrofizjologiczną zgodną z wczesną tkanką mózgową. Są to kamienie milowe istotne dla badaczy poszukujących modeli zachowujących się jak ludzka tkanka na potrzeby toksykologii, biologii rozwojowej i wczesnych etapów badań przesiewowych leków.

Praca ta nie jest jednak drogą na skróty do stworzenia czującej maszyny. Model jest mały, pozbawiony warstwowej cytoarchitektury kory i nie odtwarza pełnego zestawu typów komórek, połączeń dalekiego zasięgu ani złożoności metabolicznej żywego mózgu. Krótko mówiąc: jest to model tkankowy – inżynieryjny, ograniczony fragment materiału mózgopodobnego – a nie narząd czy organizm. Sam zespół podkreśla natychmiastowe zastosowania platformy w badaniach i rozwoju leków oraz jej obietnicę w zakresie zmniejszenia zależności od rusztowań pochodzenia zwierzęcego, które wprowadzają zmienność i koszty etyczne do eksperymentów.

Dlaczego badacze odchodzą od komponentów zwierzęcych

Przez dziesięciolecia badacze hodujący tkanki w laboratorium polegali na macierzach pochodzenia zwierzęcego – na przykład kolagenie lub Matrigelu – ponieważ materiały te zawierają sygnały biochemiczne mówiące komórkom, jak mają się zachowywać. Materiały pochodzenia zwierzęcego działają, ale wprowadzają zmienność, trudności regulacyjne i kwestie etyczne, a także mogą komplikować wdrażanie terapii u ludzi lub zatwierdzanie leków. W pełni syntetyczna macierz, która zapewnia te same właściwości fizyczne i transportowe, będąc jednocześnie zdefiniowaną chemicznie i powtarzalną, jest zatem atrakcyjna zarówno dla badań podstawowych, jak i zastosowań przemysłowych.

Zastosowania na horyzoncie

Zastosowania krótkoterminowe są praktyczne. Firmy farmaceutyczne i laboratoria akademickie potrzebują adekwatnych dla człowieka modeli tkankowych do wczesnych testów związków neuroaktywnych, aby wyłaniać priorytetowych kandydatów i redukować liczbę nieudanych prób przeniesienia wyników ze zwierząt na ludzi. Platforma zdefiniowana chemicznie mogłaby sprawić, że wyniki będą bardziej spójne, a przegląd regulacyjny prostszy.

Echa etyczne, prawne i kulturowe

Nawet przy zachowaniu powyższych zastrzeżeń, wyhodowany w laboratorium fragment ludzkiej tkanki mózgowej skłania do analizy etycznej. Społeczność naukowa od kilku lat debatuje nad organoidami – miniaturowymi, samoorganizującymi się skupiskami komórek mózgowych – szczególnie w kwestii wyznaczania granic złożoności i potencjału do odczuwania doznań. BIPORES różni się od nich tym, że jest zaprojektowany, a nie samoorganizujący się, oraz celowo mały, niemniej jednak wpisuje się w kontinuum technologii, które zbliżają systemy laboratoryjne do aspektów funkcjonowania ludzkiego mózgu.

To zbliżenie ma konsekwencje praktyczne. Komisje bioetyczne, agencje finansujące i organy regulacyjne będą musiały rozważyć, czy wymagany jest nowy nadzór, w miarę jak inżynieryjne modele mózgu stają się coraz bardziej realistyczne pod względem fizjologicznym. Pytania dotyczą tego, jak oceniać dobrostan tkanek pochodzenia ludzkiego, jak regulować zastosowania translacyjne i jak zapewnić zaufanie publiczne – są to kwestie wykraczające poza aspekty techniczne, dotykające społecznego przyzwolenia na pracę z ludzkim materiałem neuronalnym.

Skalowanie, standardy i kolejne eksperymenty

Wyzwania techniczne są jasne, choć nietrywialne: powiększanie bloków bez tworzenia rdzeni martwiczych, integrowanie w razie potrzeby komponentów naczyniowych lub odpornościowych oraz udowodnienie powtarzalności między partiami. Zespół UCR deklaruje, że pracuje zarówno nad skalowaniem projektu, jak i nad adaptacją metody do innych narządów. Dla badaczy z branży przemysłowej krytycznym testem będzie to, czy platforma zmniejsza zmienność i przewiduje reakcje ludzkie lepiej niż istniejące rozwiązania.

Jednocześnie cała dziedzina zmierza w stronę standardów dowodowych: powtarzalnych metryk dojrzałości elektrofizjologicznej, uzgodnionych testów łączności synaptycznej i wspólnych formatów raportowania dla tkanek inżynieryjnych. Jeśli BIPORES i podobne platformy zostaną zwalidowane pod kątem klinicznych punktów końcowych u ludzi, szybko zmienią status z ciekawostki w narzędzie.

Kontekst kulturowy

Opowieści o mózgach hodowanych w laboratoriach szybko przyciągają metafory science-fiction – Blade Runner, Ex Machina – ale ten język może przesłaniać to, co jest realne technicznie, a co sensacyjne. Model zaprezentowany w UCR jest pomocnym elementem infrastruktury laboratoryjnej, a nie drogą do świadomości. Jego wartość leży w kontrolowanej architekturze i transporcie – rozwiązanych problemach inżynieryjnych – oraz w praktycznych zastosowaniach, które mogą ograniczyć wykorzystanie zwierząt i usprawnić wczesną ocenę leków.

Właściwą odpowiedzią ze strony nauki i polityki nie jest ani technofilia, ani panika: jest nią staranna ocena, przejrzyste raportowanie i rozwój proporcjonalnego nadzoru, który pozwoli na odpowiedzialne prowadzenie badań, umożliwiając jednocześnie użytecznym narzędziom rozwój medycyny.

Źródła

• University of California, Riverside (zespół badawczy BIPORES i materiały instytucjonalne)
• Preprint laboratoryjny UCR / raport z badań (platforma BIPORES)
• Nature (badania materiałowe i biomateriałowe nad bijelami oraz inżynieria tkankowa)