Биологи и специалисты по этике пытаются разрешить вопросы, связанные выращиванием органоидов, лабораторных «мозгов в банке», которые всё больше становятся похожими на ткани мозга человека. В прошлом году мы уже писали о том, как исследовательская группа Йельской школы медицины сумела частично восстановить работу мозга свиней, забитых четыре часа назад, и еще шесть часов поддерживать их мозговую деятельность. Количество таких исследований увеличивается каждый год. Разбираемся в дебрях этических вопросов вместе с Quanta Magazine.
Клетки органоида дифферецируются и образуют структуры, напоминающие те, которые имеют эмбриональные ткани. Зелёные клетки — это предшественники нейронов, красные клетки — незрелые нейроны, формирующие кортикальный слой. Можно ли считать эту форму жизни по-настоящему живой? По мере того как различий между такими структурами и нашим мозгом становится всё меньше, перед исследователи возникает широкий круг этических проблем.
Привлекательность исследований мозга в том, что они могут помочь нам понять, кто мы на самом деле и что делает нас людьми. Этот факт также делает большую часть потенциальных экспериментов над мозгом чудовищными, независимо от того, какой благой цели они служат. Поэтому нейробиологам часто приходится умерить свой исследовательский пыл и изучать экспериментальных животных или изолированные человеческие нейроны, но даже эти несовершенные заменители имеют свои этические, практические и концептуальные ограничения.
Новый мир возможностей открылся в 2008 году, когда исследователи узнали, как создавать мозговые органоиды — крошечные капли, выросшие из стволовых клеток человека, которые самоорганизуются в структуры с электрически активными нейронами, похожие на мозг. Хотя эти органоиды не больше горошины, они обладают огромным потенциалом для улучшения нашего понимания работы мозга: с их помощью мы можем следить за развитием болезней, которые невозможно было исследовать в лабораторных условиях. Ученые уже использовали органоиды для изучения шизофрении, расстройств аутистического спектра и микроцефалии, вызванной вирусом Зика.
И все же изучение органоидов мозга также может быть сопряжено с этическими дилеммами. «Чтобы создать идеальную модель, вы постараетесь сделать её как можно более человечной», — сказал Хэнк Грили, профессор права в Стэнфордском университете, который специализируется на этических и юридических вопросах биологических наук. «Но чем более человечной она становится, тем больше мы вынуждены возвращаться к тем же вопросам этики, из-за которых не можем просто использовать живых людей».
В общественном сознании, подогреваемом чрезмерным красочным описанием органоидов как «мини-мозгов», вспыхивают споры о том, может ли ткань стать сознательной и ощущать свое противоестественную жизнь как пытку. Реально стоящие перед учеными вопросы менее сенсационные, но более существенные. Изучение подобных органоидов попадает в странный разрыв между другими областями исследований, усложняя формальный этический контроль, но никто не может отбросить мысль как о потенциале таких исследований, так и о проблемах, связанных с ними.
Например, Дональд О'Рурк, нейрохирург в Медицинской школе Перельмана при Университете Пенсильвании, использует органоиды, в том числе трансплантированные грызунам, для тестирования терапии при злокачественных новообразованиях мозга. Этика исследования органоидов не беспокоит его вообще: «Я имею дело со смертельной болезнью, которая убивает людей за 15 месяцев. Мы работает над усовершенствованной диагностикой, чтобы в реальном времени оценить, какие методы лечения могут помочь. На мой взгляд, это решает все этические проблемы».
Аксоны нейронов (красные) из органоида человеческого мозга в лабораторных условиях. Их ядра окрашены в синий цвет.
Итак, методики выращивания органоидов становятся всё совершеннее. И даже если эти ткани далеки от ощущения боли или осознания себя, специалисты по этике и биологи подчеркивают, что необходимо начать обсуждения прямо сейчас, если мы хотим избежать проблем в будущем. В качестве первого шага они начинают исследования, которые освещают различия между мозгоподобными органоидами и головным мозгом, и разрабатывают критерии для их сравнения.
Ещё бессознательные, но всё более сложные
Среди тех, кто работает в этой области, царит почти единодушное согласие в том, что доступные мозгоподобные системы и те органоиды, которые могут быть выращены в обозримом будущем, не будут обладать сознанием. «Они все еще очень примитивны и рудиментарны по сравнению даже с мозгом мыши, — говорит Хан-Чиао Исаак Чен, профессор нейрохирургии в Медицинской школе Перельмана, — не говоря уже о мозге человека».
Даже самые совершенные органоиды головного мозга не достигают размера, структуры и полноценных функций человеческого мозга. Им не хватает важных типов клеток и кровеносных сосудов, необходимых для поддержания их тканей полноценными и здоровыми. Они незрелые: одна методика оценки возраста их развития постоянно сравнивает их с мозгом плода второго триместра. И, возможно, самое главное, они не способны получать сенсорную информацию. «Мы те, кто мы есть, благодаря нашему опыту», — утверждает Хонгджун Сонг, нейробиолог из Медицинской школы Перельмана. «Органоид в банке на самом деле не имеет стимула для формирования мозговых структур таким образом, чтобы он развивался так, как это необходимо настоящему мозгу».
Короче говоря, лабораторные ткани находятся далеко от сознания. «Это дает нам запас прочности на несколько лет», — говорит Джон Аах, старший научный сотрудник Гарвардского университета и коллега Джорджа Черча, выдающегося генетика и синтетического биолога, который использует органоиды в своих исследованиях.
Мы знаем, что эти [органоидные] нейроны функционируют. ... Но что это на самом деле означает?
Bruna Paulsen, Harvard UniversityНо все в этой области признают, что эксперименты с искусственными тканями становятся все более сложными и реалистичными.
Инсу Хен, биоэтик из Case Western Reserve, недавно отметил в
онлайн-эссе, что в течение следующих пяти лет учёные, вероятно, попытаются создать органоиды с сетями функциональных кровеносных сосудов и полным набором типов клеток мозга. Органоиды могут быть предназначены для эмуляции
(точного копирования — прим. пер.) определенных областей мозга, для обработки входных данных нервной системы и для получения электрических выходных данных. Более того, многие из экспериментов включают пересадку клеток крысам или другим лабораторным животным, у которых своя функционирующая нервная система, в которую органоиды могут интегрироваться. Поэтому, даже если органоиды не переступят порог сознания и не начнут испытывать боль в течение следующих нескольких лет, не следует забывать, что у них есть такая возможность.
Неполная книга правил
Исследования органоидов развиваются не в вакууме. Существующая нормативно-правовая база для смежных видов биологических исследований предлагает множество этических мер защиты для органоидов.
Поскольку органоиды мозга выращены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (клеток, которые могут дифференцироваться как любая как ткань — прим. пер.), они в частично находятся в области о этической инфраструктуры, которая управляет экспериментами с использованием человеческих тканей. Конкретные правила и рекомендации определяют, откуда ученые могут получить эти клетки и в каких лабораторных животные можно их пересаживать. Приматы даже не обсуждаются. Комитеты, состоящие из ученых, а также специалистов, разбирающихся в юридической, этической и социальной экспертизах, следят за тем, как используются эти клетки. Точно так же, когда органоиды пересаживаются животным, они попадают под компетенцию комитетов по защите животных.
Но сама природа органоидов заставляет задуматься, насколько хорошо действуют некоторые из старых систем правил и должны ли они действовать вообще.
Возьмём «правило 14 дней», которое ограничивает продолжительность выращивания человеческих эмбрионов in vitro (это технология выполнения экспериментов, когда опыты проводятся вне живого организма, «в пробирке» — прим. пер.). Определенные структуры появляются в зародыше через две недели с момента оплодотворения, и это говорит о том, что нервная система начала собираться. Но правило 14 дней не работает для органоидов, потому что они не связаны с реальными эмбрионами. Органоиды мозга следуют совершенно другим путем нейронной архитектуры. Весь смысл работы над ними заключается в создании реальных структур мозга. И поэтому органоиды «вызывают такое специфическое ощущение, когда вы знаете, что приближаетесь к чему-то, что в прошлом создавало этические затруднения», говорит Аах.
Эти исследования не относятся к определённой категории надзорных комитетов: они не базируются исключительно на людях, животных или стволовых клетках ex vivo (проведение экспериментов на живой ткани, перенесённой из организма в искусственную внешнюю среду — прим. пер.) Для органоидов не существует регулирующей структуры. Сейчас это не страшно. Но это пробел, который необходимо заполнить, потому что проблемы становятся ближе с каждым днём.
Этики и ученые сейчас работают вместе, чтобы выяснить, нуждаются ли эти исследования в новом своде правил. Этические дискуссии продвигаются стремительно, далеко опережая науку. Национальные институты здравоохранения выступили спонсорами совещаний и семинаров, велись обсуждения создания другого вида комитета по надзору. Ученые обратились к специалистам по этике в частном порядке, чтобы обсудить особенности своего исследования: еще в 2013 году Хэнк Грили, директор Центра по праву и бионаукам при Стэнфордском университете в Калифорнии, вспоминал, что получал электронные письма от экспериментаторов, стремящихся начать диалог. А Алиссон Муотри, биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, организовал конференции, чтобы связать специалистов по этике как с биологами стволовых клеток, так и с исследователями сознания.
Исследователь Алиссон Муотри держит блюдо для культивирования, содержащее мозговые органоиды в своей лаборатории в Калифорнийском университете в Сан-Диего (слева).
Органоиды (справа) — крошечные самоорганизующиеся комки клеток, которые могут заменять ткани мозга человека в экспериментах, — в настоящее время довольно просты, но ученые работают над тем, чтобы они по форме и функциям напоминали структуры реального мозга.
Объединённый этический брейншторм
Особый интерес представляет «Brainstorm Project», двухлетняя программа, финансируемая Национальными институтами здравоохранения, сопредседателями которой являются Хен и Джантин Лунсхоф, специалисты по этике в Гарварде. Программа обеспечивает институциональную поддержку для объединения этиков и ученых в небольшие рабочие группы, чтобы они могли определить, на каких этических проблемах сосредоточиться и какие области исследований органоидов в мозге они рекомендуют для будущего финансирования Национального Института Здравоохранения.
Brainstorm Project частично смоделирован на основе повседневной практики Лунсхоф, специалиста по этике и философии: с 2006 года она работает с исследовательскими группами в Гарварде. Она сотрудничает с биологами в их полномасштабном исследовании от начала до конца — посещая еженедельные собрания исследователей, изучая экспериментальные проекты, исследуя новые статьи, и оживленно беседуя о методах и целях текущей работы.
Лунсхоф называет это улицей с двусторонним движением: она задает вопросы и узнает о текущих экспериментах, в то время как учёные лучше знакомятся с мнением специалистов по этике. Регулярный контакт побуждает исследователей консультироваться с Лунсхоф, когда они думают, что вошли или собираются войти в этически серую зону. «Это непрерывный процесс обучения», — сказала Лунсхоф. «И это взаимно». Это то, что она называет «этика сотрудничества».
Она старается воздержаться от осуждения. «Я не полиция по этике. У меня нет никакой официальной надзорной роли. Это тоже не моя цель». Вместо этого в совместных обсуждениях «...ученые, работающие с нами, и мы, работающие с ними, выясняем, каким может быть будущее и как, по их мнению, нам всем следует к тому относиться».
Джантин Лунсхов — специалист по этике, которая работает с биологами при Гарвардском университете в Виссе, чтобы помочь составить программу исследований по органоидам.
Brainstorm Project, безусловно, не является немедленной попыткой создать набор руководящих принципов исследования органоидов. «Для этого еще рано», — утверждает Инсу Хен, профессор биоэтики. Прямо сейчас, «на самом деле никто не готов сказать:"Вот та самая граница, которую никто не должен пересекать"». Хотя он действительно хочет использовать сегодняшние обсуждения для создания будущих правил исследований, сейчас речь идет о «...необходимости развития этики и науки вместе. Этики не должны слепо контролировать науку, но могут быть вовлечены на раннем этапе, чтобы помочь сформировать направление исследований социально ответственным образом».
Хотя обсуждения появления органоидного сознания, ощущения боли, самопознания и других тревожных вещей неизбежно встречается на собраниях Brainstorm Project, это не является их главной задачей — все эти события все еще слишком далеки. Вместо этого Лунсхоф, Хен и их коллеги пытаются найти неотложные этические проблемы, которые требуют решения уже сейчас. Обсуждение сознания имеет решающее значение, «но концентрация внимания только на этой проблеме отвлекает нас намного более существенных, важных и удивительных вещей», — сказал Хен.
Сопоставление с мозгом
В приоритете для Хен стоит задача убедиться, что дела на самом деле обстоят так, как утверждает наука. Многие из затронутых вопросов, возможно, не относятся к этике напрямую, но определение практической эффективности этих подходов имеет важное значение для этической стороны исследований. Если они не приносят пользы, то любой вред от них становится неприемлемым. Действительно ли органоиды моделируют то, что утверждают ученые? Как наиболее приемлемо создавать и использовать их? Можно ли основывать лечение пациентов на исследованиях, проводимых в органоидных системах или использовать органоиды для диагностики?
По мере продвижения исследований будет важно определить различия между органоидами мозга и реальным мозгом, помимо разницы в размерах и количестве нейронных связей. «Мы знаем, что эти [органоидные] нейроны функционируют. И уверены, что они связаны», — говорит Бруна Полсен, научный сотрудник лаборатории известного исследователя органоидов Паолы Арлотты в Гарварде. «Но что это на самом деле означает для нас?»
«Мы не до конца понимаем, какие типы основной электрической активности характерны мозгоподобным системам» — говорит Чен. Например, Муотри и несколько его коллег недавно вызвали настоящий переполох, когда они сообщили, что записали электрические сигналы, напоминающие мозговые волны новорожденного ребенка в органоиде коры больших полушарий. Но не все учёные с такой интерпретацией результатов: они утверждают, в что электрическая активность человеческого мозга зависит от анатомических структур и типов клеток, которых не может быть у органоидов. Пока этому не найдется логичное объяснение, подобные выводу будут вводить в заблуждение научное сообщество. Муотри, со своей стороны, подчеркивает важность этих споров, чтобы указать на необходимость обсуждения и объединения с экспертами по человеческому развитию, сознанию и другим областям, с которыми исследователи стволовых клеток могут быть не знакомы.
Также обсуждаются вопросы о том, как долго стоит поддерживать жизнедеятельность органоидных систем, где компромисс между созданием сложных органоидов и простотой управления, и как публично говорить об исследованиях. Лунсхоф и Грили отметили, что популярное описание органоидов мозга как «мини-мозг», хотя многим оно и нравилось, вызывает излишнюю тревогу.
То, как исследователи берут разрешение на использование биоматериала в органоидных экспериментах, также находится под пристальным контролем. Биологи и этики обсуждают, следует ли говорить участникам исследований о том, что частички их кожи могут стать плюрипотентными стволовыми клетками и будут использованы для создания некого подобия головного мозга, и если да, то сколько информации следует и нужно раскрыть. В свете своих недавних открытий Муотри пересмотрел форму информированного согласия для доноров материала и включил в нее обсуждения органоидов мозга и их способность генерировать некоторые типы электрических волн. «После этого я впервые увидел семью, которая решила не участвовать в исследовании. Не всем захочется жертвовать свои клетки, зная, к чему это потенциально может привести».
Сознание под сомнением
Несмотря на то что мы не ждём значительного прорыва в ближайшем будущем, Муотри не ждет, когда органоиды станут более сложными, чтобы приступить к амбициозным исследовательским вопросам. Работа, которую он планирует, может помочь составить карту биологической и этической среды для будущих исследований органоидов. В частности, Муотри хочет отслеживать ЭЭГ органоидов с помощью новых экспериментов, разработанных специально для поиска следов потенциального сознания.
Большинство предложенных вариантов таких исследований представляли собой аналоги тестов для пациентов-людей. Например, некоторые ученые предложили использовать алгоритмы, разработанные для оценки мозговых волн пациентов с комой, на наличие признаков осознания и настроить их для применения при изучении активности органоидов.
Пока что нельзя сказать, дадут ли что-то подобные эксперименты. Активность органоидов минимальна, поэтому пока не так много идей для исследований. Поскольку такие измерения никогда не проводились до этого, и пока мы не можем сравнить разные результаты для клеточных систем в чашке или клеток животных.
Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах
Jeantine Lunshof, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering
Тем не менее, по словам Чена, исследования в этой области сместились с изучения клеточного состава, экспрессии генов и условий для их выращивания и развития, к пониманию их электрической активности. «Единственное, что мы сейчас можем, — это просто измерить их электрическую активность и посмотреть, что мы видим», — сказал он. «Я думаю, что в течение следующих пяти лет мы увидим гораздо больше работ, посвященных характеристике этой электрической активности».
Муотри намерен стать одним из основных участников этого исследования. Один эксперимент, который он хочет провести, включает анестезию органоида и тест его реакции: если определенные электрические сигналы исчезают из записей под наркозом, но появляются вновь после выхода из него, можно сделать интересные выводы (хотя Муотри осторожно отмечает, что это не означает значительное доказательство сознательности, а скорее только первый шаг к подобным выводам). Он также планирует подавать больше сенсорной информации в органоиды, создав нейроны с рецепторами боли, и проверить, реагируют ли эти нейроны на стимуляцию. «Мы не на 100 процентов уверены, что это правильный путь», — признается исследователь. Но это «может предложить что-то новое» или указать полезное направление.
Сейчас он работает над «картой, которая скажет нам, где сейчас находятся органоиды на своём пути к сознанию». На данный момент это набор вопросов «да» или «нет», которые могут помочь исследователям отслеживать, как далеко они продвинулись в своей работе: есть ли у органоида кора головного мозга? Генерирует ли эта кора сигналы, похожие на мозговые волны? Какие есть структуры помимо коры и как они связаны? Может ли органоид контролировать часть тела? Может ли он проводить информацию?
Найти границу между этически неприемлемым и недопустимым на такой «дорожной карте» «гораздо сложнее, чем может показаться», считает Лунсхоф. «Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах». Но она надеется на будущий успех совместных усилий ученых и специалистов по этике. «Чтобы применить эти результаты на практике, я потратила 15 лет. И да, это работает».
Наши переводы и статьи на пикабу и VK | Telegram | Яндекс.Дзен | medicalrave@gmail.com