Dua tim peneliti independen telah berhasil meregenerasi sirkuit otak tikus pada tikus dengan menggunakan neuron yang ditumbuhkan dari sel induk tikus.

Kedua penelitian tersebut, yang menggunakan komplementasi blastokista antarspesies untuk mempelajari fungsi dan evolusi otak, menawarkan wawasan berharga tentang bagaimana jaringan otak terbentuk dan menghadirkan peluang baru untuk memulihkan fungsi otak yang hilang akibat penyakit dan penuaan.

“Penelitian ini membantu menunjukkan potensi fleksibilitas otak dalam menggunakan sirkuit saraf sintetis untuk memulihkan fungsi otak,” kata Kristin Baldwin, PhD, profesor di Universitas Columbia. Tim Baldwin memulihkan sirkuit saraf penciuman tikus dan fungsinya menggunakan sel induk dari tikus.

Kedua makalah tersebut diterbitkan berturut-turut di Cell. Makalah dari laboratorium Baldwin berjudul, “Sirkuit sensorik fungsional yang dibangun dari neuron dua spesies.”

Makalah lainnya, yang dibuat oleh laboratorium Jun Wu, PhD, profesor di University of Texas Southwestern Medical Center di Dallas, berjudul “Generasi jaringan otak depan tikus pada tikus.”

Tim Wu mengembangkan platform berbasis CRISPR yang secara efisien dapat mengidentifikasi gen spesifik yang mendorong perkembangan jaringan tertentu.

Mereka menguji platform tersebut dengan membungkam gen Hesx1 yang diperlukan untuk perkembangan otak depan pada tikus.

Mereka kemudian memulihkan jaringan tersebut menggunakan sel induk tikus.

“Mampu menghasilkan jaringan otak dari satu spesies ke spesies lain dapat membantu kita memahami perkembangan otak dan evolusi pada spesies yang berbeda,” kata Wu.

Tikus dan tikus berevolusi secara mandiri selama kurang lebih 20 hingga 30 juta tahun.

Pada percobaan sebelumnya, para ilmuwan mampu mengganti pankreas pada tikus dengan menggunakan sel induk tikus melalui proses komplementasi blastokista.

Agar proses ini berhasil, para peneliti menyuntikkan sel induk tikus ke dalam blastokista tikus yang tidak memiliki kemampuan untuk mengembangkan pankreas karena mutasi genetik.

Sel induk tikus kemudian berkembang menjadi pankreas yang hilang dan melengkapi fungsinya.

Namun, hingga saat ini, pembuatan jaringan otak menggunakan sel induk dari spesies berbeda melalui komplemen blastokista belum dilaporkan.

Sekarang, dengan menggunakan CRISPR, tim Wu menguji tujuh gen berbeda dan menemukan bahwa menghilangkan Hesx1 dapat menghasilkan tikus yang tidak memiliki otak depan.

Tim kemudian menyuntikkan sel induk tikus ke dalam blastokista tikus knockout Hesx1, dan sel tikus tersebut mengisi ceruk tersebut untuk membentuk otak depan pada tikus.

Tikus memiliki otak yang lebih besar dibandingkan tikus, namun otak depan asal tikus berkembang dengan kecepatan dan ukuran yang sama dengan tikus.

Selain itu, neuron tikus mampu mengirimkan sinyal ke neuron tikus di sekitarnya dan sebaliknya.

Para peneliti tidak menguji apakah otak depan dari sel induk tikus mengubah perilaku tikus.

“Tes perilaku yang baik untuk membedakan tikus dari tikus masih kurang,” kata Wu. “Tetapi dari percobaan kami, tampaknya tikus dengan otak depan tikus ini tidak berperilaku luar biasa.”

Tim Baldwin menggunakan gen spesifik untuk membunuh atau membungkam neuron sensorik penciuman tikus dan menyuntikkan sel induk tikus ke dalam embrio tikus.

Mereka menemukan komplementasi blastokista memulihkan sirkuit saraf penciuman tikus secara berbeda tergantung pada modelnya.

Ketika neuron tikus ada tetapi diam, neuron tikus membantu membentuk wilayah otak yang lebih terorganisir dibandingkan dengan model pembunuhan.

Namun, ketika tim menguji chimera tikus-tikus ini dengan melatih mereka menemukan kue tersembunyi yang terkubur di dalam sangkar, neuron tikus paling baik dalam menyelamatkan perilaku dalam model pembunuhan.

“Hasil yang sangat mengejutkan ini memungkinkan kita untuk melihat perbedaan antara kedua model penyakit tersebut dan mencoba mengidentifikasi mekanisme yang dapat membantu memulihkan fungsi pada kedua jenis penyakit otak tersebut,” kata Baldwin.

Timnya juga menguji komplemen blastokista pada tikus model penyakit menggunakan sel dari tikus dengan sistem penciuman normal.

Mereka menunjukkan bahwa komplementasi intraspesies menyelamatkan temuan cookie di kedua model.

Komplementasi blastokista masih jauh dari penerapan klinis pada manusia, namun kedua penelitian menunjukkan bahwa sel induk dari spesies berbeda dapat menyinkronkan perkembangannya dengan otak inang.

Selain implikasi penelitian dalam bidang kedokteran, tim juga tertarik menggunakan pendekatan ini untuk mempelajari otak banyak hewan pengerat liar yang tidak dapat diakses di laboratorium.

“Ada lebih dari 2.000 spesies hewan pengerat yang hidup di dunia. Banyak dari mereka berperilaku berbeda dari hewan pengerat yang biasa kita pelajari di laboratorium.”

“Komplementasi blastokista saraf antarspesies berpotensi membuka pintu untuk mempelajari bagaimana otak dari spesies tersebut berkembang, berevolusi, dan berfungsi,” kata Wu.