Миниатюрный человеческий мозг выращен в лаборатории

Первая полная живая модель развивающегося человеческого мозга создана в лабораторных условиях в чашке Петри. Исследователи вырастили человеческие стволовые клетки в среде, которая заставила их сформировать комки мозговой ткани величиной с горошину. В свою очередь, получившиеся образования развились в четко выраженные ткани головного мозга, включая кору и сетчатку глаза.
Миниатюрный мозг использовался для моделирования микроцефалии – генетического отклонения у людей, когда размеры мозга крайне малы. Даже при отсутствии сознания или других высших когнитивных функций такие миниатюрные мозги позволяют специалистам изучать аспекты развития человеческого мозга, которые сложно воспроизвести у животных.

«Мозг мыши не всегда представляет собой подходящую модельную систему для исследования человеческого мозга, - рассказывает ученый Юрген Кноблих из венского Института молекулярных биотехнологий при Австрийской академии наук. – Наша система позволяет исследовать аспекты развития мозга, присущие только человеку».
Другие ученые и раньше выращивали в лаборатории маленькие кусочки нервной ткани, но еще никому не удавалось успешно получить ткань, содержащую и кору – специальный внешний слой мозга, и другие мозговые зоны, отмечает Кноблих.
Для создания миниатюрного мозга специалисты использовали зародышевые стволовые клетки человека или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – оба вида способны развиваться в любые ткани – и выращивали их в условиях, позволяющих им сформировать ткань под названием нейроэктодерма, из которой развивается нервная система. Исследователи поместили фрагменты ткани в капли геля, который обеспечил клеточный каркас для дальнейшего роста. Затем они перенесли капли во вращающийся биореактор, повысивший всасывание питательных веществ.
Через 15-20 дней ткани образовали миниатюрные мозги под названием церебральные органоиды, каждый из которых вместил область, наполненную жидкостью. Это аналогично желудочкам человеческого мозга, содержащим спинномозговую жидкость. Через 20-30 дней некоторые органоиды сформировали четкие мозговые зоны, такие как кора (сложный внешний слой мозга), ткань сетчатки (светочувствительная часть глаза), мягкие оболочки мозга, а также хороидное сплетение, производящее спинномозговую жидкость, в которой плавает мозг.
Миниатюрные мозги вырастали до 2-3 миллиметров в диаметре и жили в лабораторной посуде до 10 месяцев. Их размер ограничен из-за отсутствия кровеносной системы для обеспечения основных зон питательными веществами и кислородом. В результате органоид не способен развить множество слоев, как в настоящем мозге, отмечают исследователи.
Кроме моделирования развития здорового человеческого мозга органоиды могут использоваться для исследования нарушений мозговой деятельности. С их помощью специалисты изучали микроцефалию – нарушение, которое сложно рассматривать на мышах, так как их мозг и так слишком мал. Ученые брали клетки кожи у пациентов с микроцефалией и перепрограммировали их в стволовые клетки, из которых и выращивались мозговые органоиды.
Миниатюрный микроцефальный мозг, выращенный из клеток пациентов, был меньше, чем из нормальной ткани, но демонстрировал более активный нейронный рост. Результаты указывают на то, что мозг пациентов-микроцефалов развивает нейроны слишком рано, до того, как он достаточно вырос. В соответствии с другими экспериментами деление стволовых клеток также может играть роль в появлении такого отклонения.
Независимые биологи называют исследование знаменательным достижением, ведь оно открывает возможности для изучения человеческого мозга при помощи нейронов.
Кроме того, метод выращивания миниатюрного мозга в лаборатории может использоваться для испытания медицинских препаратов, а также для изучения других мозговых нарушений. «В конечном итоге мы планируем перейти к более распространенным отклонениям, таким как шизофрения и аутизм», - рассказывает Юрген Кноблих, при этом отмечая, что еще слишком рано говорить о моменте, когда ученые разработают достаточно сложный органоид.

Источник: MNN

Комментарии: