Ткань человеческого мозга вживили в мозг крысят — Nature

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.

Трехмерные органоиды, созданные из стволовых клеток и напоминающие упрощенную модель коры головного мозга человека, соединены и интегрированы с окружающей тканью в коре каждой крысы, образуя функциональную часть собственного мозга грызуна. Эта часть проявляет активность, связанную с сенсорным восприятием.

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.

Кроме того, органоид мозга в чашке не может выявить поведенческие последствия каких-либо дефектов, которые могли бы выявить ученые. Поскольку психические расстройства определяются поведением, это препятствует возможности идентифицировать физиологические характеристики этих расстройств.

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 ).

Затем ученые изучали крыс. Они генетически сконструировали органоиды, чтобы те реагировали на симуляцию синего света, активируя нейроны, он на них светит. Эта стимуляция нейронов человека проводилась, когда крыс обучали облизывать нос для получения воды. Позже, когда органоиды освещались синим светом, крысы автоматически облизывались, демонстрируя реакцию, не наблюдаемую в контрольных группах.

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.

После поведенческих тестов крыс усыпили, извлекли и препарировали их мозг, что позволило исследователям наблюдать за интеграцией органоидов на клеточном уровне. Они обнаружили, что органоидные нейроны выросли намного больше, чем любые нейроны, выращенные in vitro, проникая в мозг крыс и образуя сети с нативными крысиными нейронами.

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 .

 

 

 

Источник

Нет комментариев