మనిషి శరీరం లేకుండానే మెదడు ఎదగగలదా?

ఒక చిన్న మిరియం గింజంత పరిమాణం. కానీ అందులో స్పందించే శక్తి, ఎదిగే జీవం!! ల్యాబ్‌లో మానవ కణాలతో సృష్టించిన ఆ మిరియపు గింజంత మెదడు భాగాలు (ఆర్గనాయిడ్స్‌) కొన్ని నెలలో, ఏడాదో కాదు... తొలిసారిగా ఏడేళ్ల పాటు విరామం లేకుండా జీవించి ఉండి, శాస్త్రవేత్తలనే విస్మయానికి గురిచేస్తున్నాయి. మెదడు రహస్యాలను ఛేదించే ఈ అపూర్వ ప్రయోగం, వైద్య రంగాన్ని మలుపు తిప్పే ఒక అద్భుత ఘట్టం! అందుకే ఇప్పుడిది శాస్త్ర పరిశోధనా రంగంలో అత్యంత ఆశాజనకమైన ముందడుగుగా నిలిచింది.

ఆసక్తికరమైన విషయమేమిటంటే, మన తలలోని నిజమైన మెదడు.. కాలంతో పాటు ఎలా వికసిస్తుందో, ల్యాబ్‌లోని ఈ చిన్న మెదడు కణాలు కూడా సరిగ్గా అలాగే వయసుతోపాటు (కాలంతో పాటు) ఎదుగుతూ వచ్చాయి! అంతేకాదు, ఇవి తమ పెరిగిన ‘సమయ గమనాన్ని’ తమలో నమోదు చేసుకోవటం కూడా పరిశోధకులు గుర్తించారు. అంటే, మనలాగా చిన్ననాటి పుట్టినరోజు వేడుకల జ్ఞాపకాలను గుర్తు తెచ్చుకునే తెలివితేటలు వీటికి ఉన్నాయని కాదు. ఇవి పెరిగే క్రమంలో ఏయే మార్పులు దాటుకుంటూ వచ్చాయో, ఆ సమాచారం మొత్తం వాటి కణాల లోపల ఒక గుర్తులా ముద్రపడి ఉంది! అందుకే సైంటిస్టుల పాలిట ఈ బ్రెయిన్‌ ఆర్గనాయిడ్స్‌ పరిశోధన ఒక కల్పవృక్షం అయింది.

బ్రెయిన్‌ ఆర్గనాయిడ్స్‌ అంటే?
బ్రెయిన్‌ ఆర్గనాయిడ్స్‌ అనేవి ల్యాబ్‌లో మానవ స్టెమ్‌ సెల్స్‌ (మూల కణాలు) ఉపయోగించి తయారు చేసిన అతి చిన్న, 3–డి రూపంలో ఉండే మెదడు కణజాల నమూనాలు. అయితే ఇవి మన తలలో ఉండే నిజమైన మెదడుకు చిన్న రూపాలు మాత్రం కావు. ఇవి మెదడు ఎదుగుదలకు సంబంధించిన కొన్ని లక్షణాలను మాత్రమే పోలి ఉంటాయి తప్ప, నిజమైన మెదడులో ఉండే సంక్లిష్టమైన నిర్మాణాలు లేదా నరాల అనుసంధానాలు వీటికి ఉండవు. కాకపోతే వీటి ద్వారా న్యూరాన్లు, వాటికి సహాయపడే ఇతర మెదడు కణాలను పెంచవచ్చు.

అలాగే మనుషుల ప్రారంభ మెదడు ఎదుగుదల ఎలా ఉంటుందో కూడా వీటి ద్వారా పరిశీలించవచ్చు. అసలు మెదడు ఎలా పెరుగుతుంది; నాడీ వ్యవస్థ, మెదడు ఎదుగుదలకు సంబంధించిన జబ్బులు వచ్చినప్పుడు ఎలాంటి లోపాలు జరుగుతాయి అనేది అధ్యయనం చేయడానికి పరిశోధకులకు ఈ ప్రయోగాలు ఉపయోపడతాయి. మరొక అత్యంత ఆసక్తికరమైన విషయమేమిటంటే, ఒక రోగి సొంత కణాల నుండి కూడా ఈ ఆర్గనాయిడ్స్‌ను తయారు చేయవచ్చు. దీనివల్ల నిర్దిష్టమైన జన్యు మార్పులు మెదడుపై ఎలాంటి ప్రభావం చూపుతాయో పరిశోధకులు సులభంగా తెలుసుకోవచ్చు.

పరిశోధన కాలక్రమం
2019: డాక్టర్‌ పౌలా అర్లోటా నేతృత్వంలో హార్వర్డ్‌ విశ్వవిద్యాలయ శాస్త్రవేత్తలు మానవ మూల కణాల  నుండి 3–డి ఆర్గనాయిడ్‌లను (మిరియపు గింజ పరిమాణంలో ఉండే చిన్న మెదడు కణజాలాలు) తయారు చేయడం ప్రారంభించారు. కణాలు ఎక్కువ కాలం జీవించడానికి వీలుగా వాటికి ప్రత్యేకమైన పోషక ద్రావణాన్ని అందించారు.

తొలి మూడు నెలలు: ఈ ల్యాబ్‌ మెదళ్లు మానవ పిండం మొదటి మూడు నెలల మెదడు ఎదుగుదలకు సమానమైన జన్యు సంకేతాలను, ప్రారంభ నాడీ కణాలను ప్రదర్శించడం ప్రారంభించాయి!

6–12 నెలల మధ్య:  మొదటి సంవత్సరం పూర్తయ్యేసరికి, ఇవి విద్యుత్‌ సంకేతాలను ప్రసారం చేయడం, సైనాప్స్‌ (రెండు నాడీ కణాల మధ్య ఉండే సమాచార మార్పిడి కేంద్రం) ను ఏర్పాటు చేసుకోవడం, గ్లియల్‌ మద్దతు కణాలను (నాడీ కణాలకు నిరంతరం సహకరిస్తూ వాటిని సంరక్షించే సహాయక కణాలు) అభివృద్ధి చేయడం ప్రారంభించాయి.

1–2 సంవత్సరాలు: రెండు సంవత్సరాలకు పైగా ఇవి సమన్వయంతో కూడిన విద్యుత్‌ సంకేతాలను కొనసాగించాయి. నాడీ తంత్రువులపై రక్షణ పొర అయిన ‘మైలిన్‌’ ఏర్పడటం ప్రారంభమైంది. ఇది పుట్టిన తర్వాత శిశువు మెదడులో జరిగే మార్పులకు సమానంగా ఉంది.

3–5 సంవత్సరాలు: సింగిల్‌–సెల్‌ ఆర్‌ఎన్‌ఏ సీక్వెన్సింగ్, డీఎన్‌ఏ మిథైలేషన్‌ పరీక్షల ద్వారా, ఈ కణాలు పిండం దశ నుండి చిన్నపిల్లల మెదడు కణాల జన్యు లక్షణాలకు మారటం కనిపించింది.

5 సంవత్సరాల తర్వాత: శాస్త్రవేత్తలు పాత ఆర్గనాయిడ్‌ కణాలను, కొత్త కణాలతో కలిపినప్పుడు ఒక విచిత్రం జరిగింది. ఈ పాత కణాలు ప్రారంభ దశలను దాట వేసి, నేరుగా తదుపరి దశ నాడీ కణాలను తయారు చేశాయి! అంటే తమకు ఎంత వయస్సు ఉందో గుర్తుపెట్టుకునే ‘ఎపిజెనెటిక్‌ క్లాక్‌’ కణాలు వృద్ధి చెందినట్లు పరిశోధకులు గమనించారు.

2026 ఆగస్టులో 7 ఏళ్ల రికార్డు వెల్లడి: హార్వర్డ్‌ బృందం తమ పరిశోధన ఫలితాలను ‘నేచర్‌’ జర్నల్‌లో ప్రచురించింది. మానవ మెదడు కణాలు శరీరం వెలుపల కూడా 7 ఏళ్ల పాటు జీవించడమే కాకుండా, కాలాన్ని కూడా గుర్తుంచుకోగలవని అధికారికంగా నిరూపణ అయింది.

- ప్రొఫెసర్ పౌలా ఆర్లోటా, హార్వర్డ్‌ స్టెమ్‌ సెల్‌ ఇన్స్టిట్యూట్

పెద్ద లోటు భర్తీ అయింది
బ్రెయిన్‌ ఆర్గనాయిడ్స్‌ అనేవి మన నిజమైన మెదడు కంటే చాలా సరళమైన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వీటికి బయటి ప్రపంచం నుండి ఎలాంటి స్పర్శ కానీ, జ్ఞానేంద్రియ సమాచారం కానీ అందవు. అందుకే వీటికి స్పృహ, ఆలోచించే శక్తి, ఆత్మజ్ఞానం లేదా మెదడుకు ఉండే ఏ ఇతర ఉన్నత స్థాయి శక్తులు ఉండవు. అయినప్పటికీ, ఇవి మన నిజమైన మెదడు తీరును పోలి ఉంటాయి కాబట్టి మెదడు ఎదుగుదలను, వ్యాధులను అర్థం చేసుకోవడానికీ పరిశోధకులకు ఇవి ఒక అద్భుతమైన ‘బయోలాజికల్‌ మోడల్‌’గా ఉపయోగపడతాయి. అయితే ఇంతవరకు ఇందులో ఒక పెద్ద సమస్య ఉండేది. ఈ ఆర్గనాయిడ్స్‌ ల్యాబ్‌లో ఎదిగే క్రమంలో కొన్ని నెలలు మాత్రమే బతికేవి. దీనివల్ల పరిశోధనల్లో ఏర్పడిన పెద్ద లోటును, ఇప్పుడు ఏడేళ్ల పాటు బతికిన ఈ కృత్రిమ మెదడు కణాలు భర్తీ చేసే ఆవకాశాలు ఉండొచ్చని శాస్త్రవేత్తలు ఆశిస్తున్నారు.

ఆర్గనాయిడ్‌లలో ఆలోచనలు!
శాస్త్రవేత్తలు ఒక ప్రత్యేకమైన పద్ధతి ద్వారా కృత్రిమ మెదడు కణాలకు కావాల్సిన సరైన పరిస్థితులను అందించి, వాటిని ఏడేళ్ల సుదీర్ఘ కాలం పాటు సజీవంగా ఉంచగలిగారు. ఆ తర్వాత కణాల జీవసంబంధ వయస్సును అంచనా వేసే మూడు కొత్త ‘జెనెటిక్‌ క్లాక్స్‌’ ఆధారంగా వీటిని పరీక్షించారు. ఆశ్చర్యకరంగా, నిజమైన మెదడులోని కణాలు కాలక్రమేణా ఎలాగైతే రూపాంతరం చెందుతాయో, ఈ ఆర్గనాయిడ్‌ కణాలు కూడా సరిగ్గా అలాగే వయసు పైబడుతూ, ఆ ఎదుగుదలకు సంబంధించిన ‘కణాల జ్ఞాపకాలను’ తమలో భద్రపరుచుకున్నాయని తేలింది! ‘హార్వర్డ్‌ స్టెమ్‌ సెల్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌’ ప్రొఫెసర్‌ పౌలా ఆర్లోటా చెబుతున్న దానిని బట్టి – ‘‘మనుషులతో సంబంధం లేకుండా, వారి శరీరాల బయట కూడా మానవ మెదడు ఇంత సుదీర్ఘకాలం పాటు పెరుగుతూ ఉండటం నిజంగా ఒక సంచలనం! భవిష్యత్తులో ఈ పరిశోధన ఆటిజం, స్కీజోఫ్రెనియా వంటి తీవ్రమైన మానసిక, నరాల సమస్యలు అసలు ఎలా మొదలవుతాయి, కాలక్రమేణా ఎలా తీవ్రం అవుతాయి అనే విషయాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఎంతగానో ఉపయోగపడుతుంది’’.

విస్తృతంగా మస్తిష్క ప్రయోగాలు
నిజానికి ఇప్పటికే అల్జీమర్స్, పార్కిన్సన్స్, వెన్నుపాము గాయాలకు చికిత్సలు కనిపెట్టడానికి ఈ ఆర్గనాయిడ్‌లపై విస్తృతంగా ప్రయోగాలు జరుగుతున్నాయి. వాటిలో భాగమే ‘యాక్సోనిస్‌ థెరప్యూటిక్స్‌’ అనే బయోటెక్నాలజీ సంస్థ చేసిన ఒకానొక ప్రయోగం! నాడీ వ్యవస్థలోని కణాలకు ప్రయోజనకరమైన జన్యు చికిత్సను అందించడానికి వీరు ఒక వైరస్‌ను ప్రత్యేకంగా రీప్రోగ్రామ్‌ చేశారు. ఈ చికిత్స ఎంతవరకు పనిచేస్తుందో పరీక్షించడానికి అంతర్జాతీయ అంతరిక్ష కేంద్రంలో పెంచిన బ్రెయిన్‌ ఆర్గనాయిడ్స్‌ను ఉపయోగించారు. ఎందుకంటే అంతరిక్షంలో ఉండే మైక్రోగ్రావిటీ (తక్కువ గురుత్వాకర్షణ) వాతావరణంలో ఇవి చాలా వేగంగా పెరుగుతాయి. అయితే ఈ కృత్రిమ మెదడు భాగాలు అసలు ఎంత కాలం  బతుకుతాయి అనేది ప్రస్తుతం సైంటిస్టులకు కూడా ఒక మిస్టరీనే. వీటికి జబ్బులు పడటానికి గానీ, ఇన్ఫెక్షన్లు రావడానికి గానీ నిజమైన శరీరం ఏదీ ఉండదు కాబట్టి.. సైద్ధాంతికంగా చూస్తే ఇవి ఒక సాధారణ మనిషి కంటే కూడా ఎక్కువ కాలం జీవించే అవకాశం ఉందని ప్రొఫెసర్‌ ఆర్లోటా అంటున్నారు. ప్రస్తుతానికైతే వీటి ఆయుష్షు ఎంతో శాస్త్రవేత్తలు అంచనా వేయలేకపోతున్నారు.

దిగ్భాంతిగొల్పిన ‘కైమీరా’! 
కణాల వయసు పెరిగే తీరును ఇంకా లోతుగా పరిశోధించడానికి, ప్రొఫెసర్‌ ఆర్లోటా ఒక ‘పిచ్చి ప్రయోగం’ చేశారు! ఏడాది వయసున్న కృత్రిమ మెదడు కణాలను తీసుకుని, కేవలం రెండు వారాల వయసున్న కృత్రిమ మెదడు కణాలతో కలిపి ఒక కొత్త ‘కైమీరా’ను తయారు చేశారు. రెండు వేర్వేరు జీవులకు లేదా రకాలకు చెందిన కణాలను కలిపి తయారు చేసిన ఒక కొత్త జీవి లేదా కణజాలమే ‘కైమీరా’.

ఇందులో చిన్న వయసు కణాలు సాధారణంగానే స్పందించినప్పటికీ, పెద్ద వయసు కణాలు మాత్రం ఒక పెద్ద వింతను ప్రదర్శించాయి. అవి తమ ఎదుగుదల క్రమంలో చాలా ముందుకు దూసుకెళ్లిపోయాయి! అసలు సాధారణంగా రూపుదిద్దుకోవడానికి నాలుగు నెలల సమయం పట్టే నాడులను ఈ పెద్ద కణాలు తక్షణం తయారు చేయడం మొదలుపెట్టాయి. ఈ ప్రయోగం మెదడు ఎదుగుదల విషయంలో ‘సమయాన్నే మార్చేసిందని’, ఇది నిజంగా ఒక అద్భుతమైన విషయమని ప్రొఫెసర్‌ ఆర్లోటా అభివర్ణించారు. 
మున్ముందు జరగబోయే ప్రయోగాల కోసం మెదడు కణాల ఎదుగుదలను వేగవంతం చేయడానికి ఈ వినూత్న కైమీరా పద్ధతి ఎంతగానో ఉపయోగపడుతుందని పరిశోధకులు ఆశిస్తున్నారు. దీనివల్ల వయసు పైబడినప్పుడు వచ్చే మెదడు సంబంధిత సమస్యలను అధ్యయనం చేయడానికి శాస్త్రవేత్తలు ఏకంగా 20 ఏళ్ల పాటు వేచి చూడాల్సిన అవసరం కూడా ఉండదు!
- సాక్షి స్పెషల్‌ డెస్క్‌

ఇవీ చదవండి: ‘ఇదే నా ఇల్లు.. ఈయనే నా రాజు!’ పురావస్తు శాస్త్రవేత్తలకే షాక్‌!