ไม่ง่ายแต่ก็ทำได้! นักวิทย์ปลูก “สมองจิ๋ว” ในแล็บ

“สมองของมนุษย์” ได้ชื่อว่าเป็นสิ่งที่มีความซับซ้อนมากที่สุดอย่างหนึ่งในจักรวาล และนั่นก็เป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษา ค้นคว้า และพิสูจน์ความจริงต่างๆเกี่ยวกับสมองของคนเรา รวมไปถึงการหาสาเหตุของความผิดปรกติในสมองและวิธีการรักษาโรคทางสมองและระบบประสาท

ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์ของสถาบันเทคโนโลยีชีวภาพทางด้านโมเลกุล (Molecular Biotechnology) สภาวิทยาศาสตร์แห่งออสเตรีย (Austrian Academy of Sciences) ประสบความสำเร็จในการสร้างอวัยวะที่มีความซับซ้อนมากที่สุดอย่าง “สมองของมนุษย์” ในห้องปฏิบัติการ และผลงานที่น่าทึ่งนี้ยังได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารเนเจอร์ (Nature) เมื่อเร็วๆ นี้

บีบีซีนิวส์ให้ข้อมูลว่าทีมวิจัยได้นำเอาเซลล์ผิวหนังของมนุษย์มาผ่านกระบวนการทำให้กลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อน หรือ สเต็มเซลล์ตัวอ่อน (embryonic stem cells) แล้วจึงนำเซลล์ต้นกำเนิดนี้ไปเพาะเลี้ยงต่อในสารอาหารที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาของสมองโดยมีการให้ออกซิเจนร่วมด้วย และให้เซลล์ต้นกำเนิดเหล่านั้นให้เจริญบนโครงร่าง 3 มิติขนาดเล็กที่ทำจากเจล

สเต็มเซลล์ดังกล่าวสามารถเจริญเติบโตเป็นอวัยวะที่คล้ายสมอง และสามารถจัดระบบของตัวเองได้เหมือนอย่างในสมองของมนุษย์ โดยมีการพัฒนาไปเป็นส่วนต่างๆ ของสมอง เช่น เปลือกสมอง (cerebral cortex), เรตินา (retina) และ ฮิปโปแคมปัส (hippocampus) ระยะเริ่มต้น ซึ่งเป็นส่วนที่มีบทบาทสำคัญต่อความทรงจำในสมองของผู้ใหญ่ที่พัฒนาอย่างเต็มที่

นักวิจัยจึงค่อนข้างแน่ใจว่าอวัยวะที่คล้ายสมองนี้มีการพัฒนาที่ใกล้เคียงมากๆ กับการพัฒนาของสมองของทารกในครรภ์อายุ 9 สัปดาห์ แต่กระนั้นก็ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์อยู่มากด้วยเช่นกัน โดยเมื่อผ่านไป 2 เดือน เนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงที่คล้ายสมองนี้เจริญได้ขนาดประมาณ 4 มิลลิเมตร

สมองจิ๋วขนาดเท่าเม็ดถั่วที่ทีมวิจัยสร้างขึ้นในห้องแล็บนั้นสามารถอยู่ได้นานถึงประมาณ 1 ปี ทว่าไม่ได้เจริญจนมีขนาดใหญ่ไปกว่าเดิม เนื่องด้วยไม่มีหลอดเลือดหล่อเลี้ยงสมอง สารอาหารและออกซิเจนจึงไม่สามารถแทรกซึมผ่านเข้าไปยังใจกลางของเนื้อเยื่อสมองได้

“เนื้อเยื่อคล้ายอวัยวะส่วนสมองที่เราสร้างขึ้นนี้เหมาะที่จะเป็นต้นแบบในการศึกษาการพัฒนาของสมอง และสาเหตุที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดของพัฒนาการทางสมอง ซึ่งท้ายที่สุดแล้ว เราจะมุ่งตรงไปที่ความผิดปกติทางสมองที่มักพบบ่อย เช่น โรคจิตเภท (schizophrenia) หรือ ออทิสซึม (autism) ซึ่งมักปรากฏเด่นชัดในวัยผู้ใหญ่ แต่นั่นเป็นสิ่งที่แสดงให้เห็นว่า มลทินแฝงเหล่านั้นเกิดขึ้นตั้งแต่ในระหว่างที่สมองมีการพัฒนา” ดร.เจอร์เกน โนบลิช (Dr Juergen Knoblich) หนึ่งในทีมนักวิจัยเผย

วารสารนิวไซแอนติสต์ได้ให้ข้อมูลเพิ่มเติมว่า ในงานวิจัยดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ยังได้ทำความเข้าใจถึงสาเหตุที่สมองของทารกพัฒนาได้ไม่เต็มที่ หรือภาวะที่เรียกว่า ศีรษะเล็กผิดปกติแต่กำเนิด (Microcephaly)

ทั้งนี้ การพัฒนาของสมองในระยะเริ่มต้นนั้น จะมีช่วงเวลาหนึ่งที่สเต็มเซลล์เจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนมากขึ้นๆ จนมีจำนวนที่มากพอ แล้วหลังจากนั้นสเต็มเซลล์ส่วนหนึ่งจึงเริ่มเปลี่ยนไปสร้างเซลล์ประสาท ซึ่งเรียกระยะนี้ว่า การแบ่งเซลล์แบบไม่สมมาตร (asymmetric cell division)

นักวิจัยพบว่า เนื้อเยื่อสมองที่เพาะเลี้ยงขึ้นมาได้นั้น มีช่วงเวลาที่สเต็มเซลล์ทำการเพิ่มจำนวนสั้นกว่าปกติ นั่นหมายความว่ายังมีสเต็มเซลล์จำนวนไม่มากเพียงพอสำหรับการสร้างเซลล์ประสาททั้งหมดได้ ทำให้สมองโดยรวมมีขนาดเล็กกว่าปกติ

นอกจากนั้น ทีมวิจัยยังพบว่าเซลล์ประสาทจำนวนน้อยที่มีอยู่ในสมองขนาดจิ๋วนี้สัมพันธ์กับการขาดโปรตีน CDK5RAP2 ซึ่งเมื่อนักวิจัยได้ให้โปรตีนดังกล่าวเพิ่มแก่สมอง จำนวนของเซลล์ประสาทก็เพิ่มขึ้นตามมา

แม้ว่าที่ผ่านนักวิจัยเคยประสบผลในการสร้างเซลล์สมองได้ในแล็บ แต่คราวนี้ต่างไปจากเดิม เพราะสิ่งที่สร้างขึ้นมาได้นั้นมีความใกล้เคียงกับสมองของมนุษย์เป็นอย่างมาก นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่สร้างความตื่นเต้นและประหลาดใจแก่นักวิทยาศาสตร์ในแวดวงสมองและระบบประสาท

“ด้วยเทคนิคนี้ทำให้เราได้บางสิ่งที่เหมือนสมอง โดยที่เราสามารถดัดแปลง ศึกษา และเฝ้าสังเกตในขณะที่มันพัฒนาไปได้ มันช่างน่าตื่นเต้นมากๆ แต่ความตื่นเต้นก็ขึ้นอยู่กับผล ที่ออกมาด้วย” มาร์ติน โคธ (Martin Coath) จากสถาบันการรับรู้ (Cognition Institute) มหาวิทยาลัยพลิมัธ (Plymouth University) ในสหราชอาณาจักร กล่าว

โคธบอกอีกว่า สมองขนาดเล็กที่เป็นแบบจำลองสมองของมนุษย์นี้ เพิ่มโอกาสแก่นักวิทยาศาสตร์ที่จะทำความเข้าใจต่อการพัฒนาการของโรคบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาของสมอง แต่อาจไม่ง่ายสำหรับโรคอื่นๆ โดยเฉพาะการทดสอบยาชนิดต่างๆ ซึ่งล้วนแล้วแต่มีผลต่อสมองในด้านต่างๆ เช่น อารมณ์ การรับรู้ การควบคุมร่างกาย ความเจ็บปวด ซึ่งเนื้อเยื่อสมองที่เพาะในแล็บนั้นยังไม่มีสิ่งเหล่านี้