13.10.2022
Самоорганизующиеся куски ткани человеческого мозга, выращенные в лаборатории, были успешно трансплантированы в нервную систему новорожденных крыс. Эксперимент ученых — очередной шаг в поисках новых способов лечения нервно-психических расстройств.
Это, по словам группы исследователей во главе с нейробиологом Серджиу Паской из Стэнфордского университета, преодолевает ограничения органоидов, выращенных в чашках Петри, и дает новую платформу для моделирования развития и болезней человеческого мозга в живой системе.
«Большая часть работы моей команды была подчинена этой миссией — попытаться понять психические расстройства на биологическом уровне, чтобы мы действительно могли найти эффективные терапевтические средства, — пояснил Паска на брифинге для прессы. — Многие из этих психических расстройств, таких как аутизм и шизофрения , скорее всего, являются исключительно человеческими, или, по крайней мере, они связаны с уникальными особенностями человеческого мозга. вносили свой вклад в понимание биологии этих условий».
В 2008 году ученые совершили прорыв: клетки мозга вырастили из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Зрелые клетки, взятые у взрослых людей, подверглись реинжинирингу (или индуцированию), чтобы вернуть их в «пустое» состояние стволовых клеток — форму, которую клетки принимают прежде чем превратиться в клетки «со специализацией» — клетки кожи или сердца.
Эти стволовые клетки затем направлялись для развития в клетки головного мозга, которые ученые культивировали для формирования комков мозгоподобной ткани — органоидов. Но in vitro кортикальные органоиды имеют ограничения. Не связанные с живыми системами, они не достигают полного созревания, что лишает исследователей возможности наблюдать, как они интегрируются с другими основными частями мозга.
В предыдущих исследованиях ученые пытались преодолеть эти препятствия, имплантируя органоиды человеческого мозга в мозг взрослых крыс. Из-за несоответствия развития трансплантаты не прижились: развивающиеся нейроны в органоиде не могли сформировать прочную связь с полностью развитой сетью мозга взрослой крысы.
Поэтому Паска и его коллеги попытались кое-что другое: пересадить ткань человеческого мозга в мозг новорожденных крыс, чей собственный мозг еще не развился и не созрел.
Органоиды коры головного мозга человека культивировали в чашке, а затем трансплантировали непосредственно в соматосенсорную кору (область мозга, отвечающую за получение и обработку сенсорной информации) крысятам всего нескольких дней от роду. Этим крысам затем давали 140 дней, чтобы вырасти во взрослых особей (крысы становятся полностью половозрелыми между 6 и 12 неделями ).
Это указывало на то, что органоид не только функционировал как часть мозга крысы, но и мог управлять поведением, направленным на поиск вознаграждения.
Другая группа нейронов в органоиде показала активность, когда ученый тронул усы крысы, что свидетельствует о том, что нейроны могут реагировать на сенсорную стимуляцию.
Клетки мозга, культивированные у трех пациентов с генетическим заболеванием, называемым синдромом Тимоти , также использовались для некоторых органоидов. Синдром Тимоти поражает сердце, пальцы и нервную систему и обычно приводит к ранней смерти.
Нейроны у крыс с трансплантатами синдрома Тимоти имели менее сложную форму и образовывали другие синаптические связи с окружающей тканью мозга по сравнению с контрольными группами. Это новое открытие, и оно не могло быть обнаружено в органоиде мозга в чашке.
Хотя у платформы все еще есть некоторые ограничения, команда считает, что она может стать новым мощным инструментом для понимания развития и болезней мозга.
«В целом, эта платформа in vivo представляет собой мощный ресурс, дополняющий исследования развития и болезней человеческого мозга in vitro, — пишут авторы в своей статье . — Мы ожидаем, что эта платформа позволит нам обнаружить новые фенотипы на уровне контуров в клетках, полученных от пациентов, которые в противном случае были бы неуловимыми, и протестировать новые терапевтические стратегии».
Исследование опубликовано в журнале Nature .
Нет комментариев