Относительно недавно ученые смогли не просто выращивать однослойные культуры клеток – теперь им доступно выращивание «3D-культур», которые могут даже быть устроены внутри почти как реальные органы человека. Однако, как выяснилось в работе, которая предварительно опубликована в базе препринтов bioRxiv, активность клеток мини-мозгов сильно напоминает активность мозга недоношенных новорожденных. Это оказалось настолько интересным, что об этом поспешили написатьна сайте Nature.
Мини-брейн. Credit: Muotri Lab/UC San Diego
Метод по выращиванию органоидов решили взять на вооружение исследователи, занимающиеся изучением ранних этапов развития мозга. По понятным причинам достать образец ткани мозга плода очень сложно, а наблюдать развитие мозга плода, когда он находится в утробе матери, и вовсе практически невозможно.
Группа американских ученых получила клетки коры головного мозга, должным образом «запрограммировав» стволовые клетки. За десять месяцев были выращены сотни «органоидов», имитирующих мозг и состоящих из нейронов коры. При этом ученые контролировали, что в клетках органоидов действительно экспрессируются такие же гены, как и в клетках развивающегося мозга человека.
Однако, самое интересное заключается в электрической активности поверхности мозгоподобных органоидов, которую ученые измеряли в течение нескольких месяцев. Оказалось, что через шесть месяцев месяцев она резко возросла: клетки «мини-мозгов» все чаще испускали потенциалы действия. Более того, подобная картина – хаотические «вспышки» синхронизированной электрической активности – характерна для развивающегося мозга малышей, родившихся преждевременно.
У взрослых людей нейроны уже организованы в сложные сети, которые слаженно испускают электрические сигналы во вполне предсказуемом ритме. Иными словами, ученые смогли получить модель мозга, аналогичную мозгу младенцев, рожденных на 19-25 неделе после зачатия. Исследователи планируют дальше следить за развитием «мини-мозгов»: станет ли их электрическая активность в какой-то момент соответствовать мозгу взрослого человека?
Впрочем, совсем уж приравнивать полученные органоиды к настоящему мозгу плода нельзя. В них нет многих типов клеток коры, кроме того, в них отсутствуют другие структуры мозга, кроме коры. Есть и скептически настроенные нейробиологи, которые уверены, что одного лишь сходства электрической активности органоидов и мозга младенцев мало, чтобы считать первые адекватной моделью последних. Более оптимистичные исследователи надеются, что «мини-мозги» помогут разобраться в развитии таких заболеваний, как эпилепсия и аутизм, поскольку, вероятно, их первые признаки начинают проявляться уже во внутриутробном развитии.
Интересно, что в апреле 2018 года в той же Nature в отдельной статье рассматривается вопрос: применима ли научная этика к культурам мозга. Разбор этой работы вы тоже можете прочитать на нашем портале.
Текст: Елизавета Минина
Nested oscillatory dynamics in cortical organoids model early human brain network development by Trujillo, C. A. et al. Preprint at bioRxiv
https://doi.org/10.1101/358622 (2018).
