O bucățică de piele, desprinsă din brațul unui om, poate ajunge să formeze în laborator celule asemănătoare celor din creierul său. Nu este începutul unui film despre oameni fabricați în eprubetă și nici povestea unui creier complet, capabil să gândească singur. Este una dintre cele mai importante direcții ale cercetării medicale actuale, prin care oamenii de știință încearcă să vadă ceea ce creierul viu nu le permite să observe direct: cum apar neuronii, cum își găsesc locul, cum se conectează și ce se întâmplă atunci când, pe parcursul acestui proces, ceva nu mai funcționează corect.

Creierul uman începe să se formeze înainte de naștere, protejat în corpul mamei, iar după naștere rămâne adăpostit în interiorul craniului. Nu poate fi deschis și studiat în timp ce se dezvoltă, pentru a urmări, zi după zi, cum se construiesc regiunile sale sau de ce un anumit neuron nu ajunge acolo unde ar trebui. Medicii pot analiza imagini, simptome și teste genetice, dar multe dintre procesele care au dus la apariția unei boli s-au petrecut cu mult înainte ca aceasta să poată fi observată.

Pentru a aduce o parte din acest proces în laborator, cercetătorii preiau câteva celule, de obicei din piele sau din sânge, și le întorc, biologic vorbind, la o stare asemănătoare celei de început, când încă nu aveau o funcție definitivă. Apoi le oferă condițiile necesare pentru a se transforma în celule nervoase. Lăsate să crească într-un mediu special, acestea încep să se organizeze singure și formează structuri tridimensionale numite organoizi.

Li se spune uneori „mini-creiere”, dar expresia poate crea o imagine greșită. Un organoid cerebral nu este un creier uman micșorat. Nu are trup, ochi, urechi, amintiri sau experiențe și nu reproduce întreaga complexitate a creierului. El seamănă mai degrabă cu un model viu al unei anumite regiuni cerebrale, suficient de apropiat de realitate încât să le permită cercetătorilor să urmărească dezvoltarea celulelor și apariția unor probleme.

Organoizii sunt păstrați într-un lichid special care conține zaharuri, săruri, vitamine și alte substanțe de care celulele au nevoie pentru a crește. Nutrienții și oxigenul pătrund din exterior spre interior, iar recipientele pot fi mișcate permanent pentru ca lichidul să circule. Pentru că organoizii nu au, în mod obișnuit, o rețea completă de vase de sânge, ei nu se pot alimenta la fel ca un organ aflat în corpul uman și nici nu pot crește la nesfârșit.

În unele cercetări apare și lichidul cefalorahidian. Este lichidul limpede care se găsește în interiorul și în jurul creierului și al măduvei spinării. El protejează creierul de lovituri, contribuie la transportul unor substanțe necesare și ajută la eliminarea reziduurilor. Organoizii cerebrali nu sunt hrăniți, de regulă, cu lichid prelevat de la oameni, ci cu soluții pregătite în laborator. Există însă organoizi care reproduc plexul coroid, adică partea din creier care produce acest lichid. În interiorul lor se poate forma un lichid asemănător celui cefalorahidian, iar cercetătorii îl pot studia fără să fie nevoie să-l extragă din creierul unui om.

În spatele întregului proces se află o succesiune pe care fiecare dintre noi o poartă în propriile celule: ADN, ARN și proteină. ADN-ul este arhiva în care corpul păstrează instrucțiunile după care este construit și funcționează. Aproape fiecare celulă conține aceeași arhivă, dar nu folosește toate instrucțiunile în același timp. O celulă a pielii le activează pe cele de care are nevoie pentru a deveni piele, iar un neuron le folosește pe cele necesare dezvoltării și funcționării creierului.

Atunci când celula are nevoie de una dintre aceste instrucțiuni, ARN-ul preia informația respectivă din ADN și o duce mai departe, asemenea unei copii de lucru. Pe baza ei, celula produce o proteină. Proteinele formează structuri, transmit semnale și îndeplinesc o mare parte din activitatea celulelor. Dacă o genă conține o modificare, instrucțiunea poate fi transmisă greșit, iar proteina rezultată poate lipsi sau poate funcționa diferit. Urmarea poate fi un neuron care nu se maturizează normal, nu ajunge la locul potrivit sau nu mai formează legătura necesară cu alte celule.

Aici devin organoizii cu adevărat importanți. Ei le permit cercetătorilor să urmărească întregul drum, de la o modificare apărută în ADN până la efectul produs asupra unei celule vii. În loc să afle doar că o anumită genă este asociată cu o boală, pot încerca să vadă ce se schimbă efectiv în dezvoltarea creierului.

Dar nici măcar o regiune cerebrală izolată nu poate spune întreaga poveste. Creierul funcționează prin legăturile dintre zone diferite, iar neuronii formați într-o regiune pot fi nevoiți să călătorească spre alta. Pentru a observa asemenea procese, cercetătorii apropie mai mulți organoizi care reproduc regiuni diferite ale creierului și îi lasă să se unească. Structurile obținute se numesc assembloizi.

Dacă un organoid le arată cum se dezvoltă o anumită regiune, assembloidul le permite să observe cum comunică mai multe regiuni și cum începe să se formeze un circuit nervos. Ei pot urmări neuronii care pornesc dintr-o parte, se deplasează spre alta și încearcă să se conecteze. Pot vedea unde apare o întrerupere și pot testa dacă un medicament ar putea corecta măcar o parte din acel proces.

Unul dintre cercetătorii care au dezvoltat această metodă este Sergiu Pașca, medic român stabilit în Statele Unite, profesor la Universitatea Stanford și director al Stanford Brain Organogenesis Program. Echipa sa creează organoizi din celulele unor pacienți și îi unește în assembloizi pentru a studia felul în care se formează circuitele nervoase și motivele pentru care acest proces poate lua o direcție diferită.

Printre afecțiunile cercetate se află sindromul Timothy, o boală genetică extrem de rară, provocată de modificarea unei gene importante pentru funcționarea celulelor. Boala poate afecta ritmul inimii, dezvoltarea creierului și alte părți ale organismului, iar unii dintre copiii diagnosticați prezintă și trăsături asociate autismului. Studiind în laborator celule care poartă exact modificarea genetică a pacientului, cercetătorii pot vedea cum aceasta influențează dezvoltarea neuronilor și pot căuta substanțe care să reducă efectele ei.

Promisiunea este uriașă. Un organoid creat din celulele unui pacient păstrează informația genetică a acelui om. În viitor, medicii ar putea înțelege mai bine de ce aceeași boală se manifestă diferit de la o persoană la alta sau de ce un tratament funcționează pentru un pacient, dar nu și pentru altul. Medicamentele ar putea fi testate pe modelul celular al bolii înainte de a ajunge în corpul omului.

Pe măsură ce aceste structuri devin mai complexe și dezvoltă mai multe tipuri de celule, conexiuni și forme de activitate electrică, progresul medical aduce cu el și o responsabilitate pe măsură. Cercetarea are nevoie de limite clare, stabilite înainte ca organoizii să atingă un nivel de dezvoltare care ar putea schimba statutul lor de simplu model biologic. Știința poate continua să înainteze, dar fiecare etapă trebuie însoțită de reguli capabile să protejeze demnitatea umană și să țină pasul cu ceea ce devine posibil în laborator.

Astăzi, aceste structuri le oferă cercetătorilor acces la primele etape ale formării creierului și la mecanisme care, până acum, puteau fi înțelese mai ales din efectele lăsate în urmă de boală. În interiorul unui organoid poate fi urmărit drumul de la informația păstrată într-o genă până la neuronul care se dezvoltă, migrează și caută să se conecteze cu alte celule. Acolo, într-un fragment de țesut crescut în laborator, medicina începe să vadă procese care se petrec în fiecare dintre noi cu mult înainte de a ne putea aminti cine suntem.