Човешкият мозък може да се развива от две отделни клетъчни системи, които възникват паралелно още в най-ранните етапи на ембрионалното развитие. Откритието променя досегашните представи за формирането на мозъка и може да помогне при изследването на тежки невродегенеративни заболявания.

Това не означава, че мозъкът на възрастния човек буквално представлява два самостоятелни органа. Изследователите го определят като единен, но съставен орган, произлязъл от две различни групи клетки предшественици.

Проучването е ръководено от учени от Станфордския университет и е публикувано на 18 септември в списание Nature Neuroscience.

Досега преобладаваше теорията, че всички части на мозъка произлизат от обща група ранни нервни клетки. Новите резултати сочат различен модел.

Учените установили, че още по време на гаструлацията, един от най-ранните етапи в развитието на ембриона, се появяват две отделни клетъчни линии:

Предният и средният мозък произлизат от клетки на предната неврална ектодерма, свързани с активността на гена Otx2.
Задният мозък се развива от клетки на задната неврална ектодерма, при които се активира генът Gbx2.

Двете клетъчни популации възникват едновременно, но следват различни пътища и не се припокриват. Предният и средният мозък по-късно изграждат структури, свързани с мисленето, речта, съзнанието, сетивната обработка и движенията. Задният мозък участва в контрола на жизненоважни функции като дишане, сърдечен ритъм, преглъщане и двигателна координация.

„За първи път показахме, че предната и задната част на мозъка произлизат от напълно различни клетки предшественици“, обяснява ръководителят на изследването проф. Кайл Ло.

Екипът достигнал до заключението чрез проследяване на клетъчните линии в миши ембриони. След това учените използвали човешки плурипотентни стволови клетки, за да проверят дали двете линии са предварително насочени към образуването на различни мозъчни области.

Анализът установил и различия в начина, по който ДНК е организирана и достъпна в двете групи клетки. Тези особености се появяват още преди клетките да се превърнат в специализирани мозъчни структури.

Разкритието помогнало на учените да решат дългогодишен лабораторен проблем. Досегашните опити за получаване на някои неврони от задния мозък често започвали с клетки, предназначени да образуват предния и средния мозък.

Според новия модел тези клетки не могат просто да бъдат преобразувани в неврони на задния мозък, защото принадлежат към друга линия на развитие.

След като възпроизвели правилните молекулярни сигнали, учените успели да превърнат човешки стволови клетки във функционални двигателни неврони, характерни за определени области на задния мозък. Подобни клетки досега се създаваха изключително трудно в лабораторни условия.

Постижението може да подпомогне изследването на амиотрофичната латерална склероза и спиналната мускулна атрофия. При тези заболявания двигателните неврони постепенно загиват, което води до загуба на движенията, затруднено преглъщане и в напреднал стадий до невъзможност за самостоятелно дишане.

Лабораторно отгледаните клетки биха могли да се използват за моделиране на заболяванията и за изпитване на потенциални лекарства. Откритието обаче все още не представлява лечение и предстоят допълнителни изследвания.

Сравнителният анализ на различни животински видове подсказва, че разделението между предната и задната нервна система може да е възникнало преди повече от 550 милиона години и да се е запазило в хода на еволюцията.