Даже со всеми улучшениями, возможности «мозгов в пробирке» сильно ограничены тремя принципиальными условиями. Во-первых, у них нет сосудистой системы, позволяющей доставлять кислород и питательные вещества к внутренним структурам. По этой причине размеры мини-мозгов ограничены возможностью диффузии молекул через ткань. Во-вторых, у них нет иммунной системы, представленной клетками микроглии — в норме эти клетки мигрируют в центральную нервную систему извне. В-третьих, у структуры, растущей в растворе, нет специфического микроокружения, предоставляемого организмом, что ограничивает количество сигнальных молекул, поступающих к ней. Решением этих проблем могло бы стать создание модельных животных с химерным мозгом.
В свежей исследованиях американских ученых из института Солка под руководством Фреда Гейджа (Fred Gage) описывается интеграция человеческого церебрального органоида (то есть мини-мозга) в мозг мыши. Для того чтобы это сделать, ученые сперва встроили в ДНК стволовых клеток ген зеленого флуоресцентного белка, чтобы за судьбой развивающейся нервной ткани можно было наблюдать при помощи микроскопии. Из этих клеток в течение 40 дней выращивали органоиды, которые после имплантировали в полость в ретроспленальной коре иммунодефицитной мыши. Через три месяца у 80 процентов животных имплант прижился.
Химерные мозги мышей анализировали в течение восьми месяцев. Оказалось, что органоид, который можно было легко различить по свечению флуоресцентного белка, успешно интегрировался, образовал разветвленную сосудистую сеть, отрастил аксоны и сформировал синапсы с нервными отростками хозяйского мозга. Кроме того, от хозяина в имплантат перебрались клетки микроглии. Наконец, исследователи подтвердили функциональную активность нейронов — они демонстрировали электрическую активность и колебания кальция. Таким образом, человеческий «мини-мозг» полноценно вошел в состав мозга мыши.
Как ни удивительно, на поведении опытных мышей интеграция куска человеческой нервной ткани не сказалась. В тесте на пространственное обучение мыши с химерным мозгом демонстрировали те же результаты, что и обычные мыши, и отличались даже худшей памятью — исследователи объяснили это тем, что для имплантации им проделали отверстие в коре полушарий.
Тем не менее, целью этой работы было не получение умной мыши с человеческим сознанием, а создание in vivo модели церебральных органоидов человека, снабженных сетью сосудов и микроокружением для различных биомедицинских целей. Эксперимент совсем другого рода поставили ученые из Центра трансляционной нейромедицины университета Рочестера в 2013 году. Как было упомянуто ранее, вспомогательные клетки мозга (астроциты) человека сильно отличаются от клеток других животных, в частности мышей. По этой причине исследователи предполагают, что астроциты играют немаловажную роль в развитии и поддержании функций мозга человека. Чтобы проверить, как будет развиваться химерный мозг мыши с человеческими астроцитами, ученые подсадили предшественников вспомогательных клеток в мозг мышиных эмбрионов.
Оказалось, что в химерном мозге человеческие астроциты работают в три раза быстрее, чем мышиные. Более того, мыши с химерным мозгом оказались существенно умнее обычных по многим параметрам. Они быстрее соображали, лучше обучались и ориентировались в лабиринте. Наверное, химерные мыши не мыслили как люди, но, возможно, смогли почувствовать себя на другой ступени эволюции.
Тем не менее, для изучения человеческого мозга грызуны — далеко не идеальная модель. Дело в том, что человеческая нервная ткань созревает согласно неким внутренним молекулярным часам, и перенесение ее в другой организм не ускоряет этот процесс. Учитывая, что мыши живут всего два года, а полное формирование человеческого мозга занимает пару десятилетий, любые долгосрочные процессы в формате химерного мозга изучать невозможно. Возможно, будущее нейробиологии все-таки за человеческими мозгами в аквариумах — для выяснения того, насколько это этично, ученым надо всего лишь научиться читать мысли, а современная техника, кажется, скоро позволит это сделать.
---------------
От Автора:
Спасибо за прочтение и потраченное время, надеюсь что с пользой! Если была полезная или интересная информация ставьте лайки, подписывайтесь и делитесь данной статьей с друзьями в социальных сетях! Меня это очень мотивирует делать для вас качественный контент!
