Скопления живых и практически брыкающихся клеток мозга — вот что создали ученые, когда усовершенствовали метод выращивания мозговой ткани в тарелке. Тем временем другая команда использовала другой подход для получения мозговых волн в подобных лабораторных мини-органах.
Эти две работы, опубликованные в марте в Nature Neuroscience и августе в Cell Stem Cell, модифицировали существующие методы выращивания культур, называемых органоидами мозга. В органоидах стволовые клетки человека сначала уговаривают стать клетками мозга, которые затем организуются в трехмерную структуру, подобную развивающемуся мозгу.
До сих пор одним из ограничений органоидов было отсутствие кровеносных сосудов. Это означало, что клетки в середине шарика размером с карандаш-ластик умирали без доступа кислорода и питательных веществ.

Но у Мэдлин Ланкастер, биолога-эволюциониста из Лаборатории молекулярной биологии медицинского исследовательского совета и старшего автора статьи Nature Neuroscience, возникла идея: “почему бы нам просто не разрезать их?” Делая тонкие срезы, разделенные мембраной, весь органоид может подвергаться воздействию кислорода и питательных веществ. “Развивающаяся мозговая ткань вполне счастлива таким образом", - говорит она.

Клетки не только оставались живыми и здоровыми, они также формировали нейронные цепи, как это было бы в развивающемся эмбрионе. Через две недели после того, как спинной мозг и прилегающие мышцы мышиного эмбриона были помещены рядом с органоидом, мышцы начали двигаться, указывая на то, что функциональные связи между органоидом и спинным мозгом выросли. Ланкастер вздрогнул, когда она впервые увидела это движение. “Отдельные мышечные единицы должны сокращаться скоординированным образом, чтобы вся мышца могла двигаться”, - говорит Ланкастер. - Увидеть, как это на самом деле происходит в тарелке, это просто поразило меня.”
Ученые, стоявшие за публикацией статьи о стволовых клетках, пошли другим путем: они потратили четыре года на оптимизацию концентрации и времени белков, которые должны были помочь клеткам мозга расти. Затем они вырастили органоиды поверх электродов, надеясь, что усовершенствованный протокол позволит нейронам формировать сети с обнаруживаемой электрической активностью, как в реальном мозге.
После четырех месяцев усилий эта электрическая активность начала возрастать в геометрической прогрессии. К девяти месяцам он был в 100 000 раз выше, чем все, что когда-либо регистрировалось вне тела. Затем команда сравнила закономерности и сложность этой деятельности с данными, полученными от соответствующих возрасту недоношенных детей. К 25 неделям компьютерная программа пыталась отличить данные органоидов от мозговых волн младенцев.

Алиссон Муотри, биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор статьи, была удивлена, что органоиды производят сложные мозговые волны без полного мозга или ввода от тела. Как будто они следуют сценарию. “Эти ранние стадии развития человека полностью генетически закодированы”, - говорит он. - Мозг знает, что делать, и информация находится внутри клеток.”

Обе группы рассматривают свои новые методы как полезные лабораторные инструменты для исследования заболеваний и методов лечения. Ланкастер следит за условиями, при которых нарушаются связи, такими как повреждение спинного мозга и боковой амиотрофический склероз, в то время как Муотри хочет сделать органоиды из клеток людей с эпилепсией или расстройством аутистического спектра, чтобы изучить их измененные мозговые волны.
Теперь, когда выращенные в лаборатории нейроны дольше остаются здоровыми, Ланкастер также надеется изучить более поздние стадии развития мозга. Тем временем Муотри уже обдумывает другие хитрости. На вопрос, Могут ли они приблизиться к моделированию реального мозга в тарелке, он отвечает: “Если бы вы спросили меня пять лет назад, я бы сказал, что это невозможно. А теперь я бы сказал, что это неизбежно.”

Похожие материалы:

COVID-19 может распространяться воздушно-капельным путем: CDC
Генная терапия доходит до клинических испытаний
Аррокот, ранее известный как Ультима Туле, получает более пристальный взгляд
Ученые поместили ген человеческого интеллекта в обезьяну. Другие ученые обеспокоены
На Филиппинах найден новый вид древнего человека