Культивированы искусственные ткани мозга из стволовых клеток

Органоид в разрезе

(фото M. A. Lancaster/IMBA).

Органоиды в биореакторе

(фото M. A. Lancaster/IMBA).

Мозг здорового человека (справа) и мозг микроцефала (слева)

(фото M. A. Lancaster/IMBA).

Список органов, выращенных из стволовых клеток, постоянно пополняется. Биологи уже создавали при помощи этой методики глаза, печень и даже сердце. Но мозг — орган настолько сложный, что лишь немногие исследователи решались на попытку его воспроизвести в лаборатории.

Наконец, команде европейских нейробиологов и специалистов по стволовым клеткам удалось искусственно воссоздать некоторые однослойные участки человеческого мозга. По словам соавтора работы Йюргена Кноблиха (Juergen Knoblich) из Института молекулярных биотехнологий (IMBA) при Австрийской академии наук, с помощью культивированного органа можно будет изучать различные неврологические заболевания, такие как шизофрения или аутизм.

На сегодняшний день самым популярным "полигоном" для экспериментов являются лабораторные мыши и крысы. Однако для изучения неврологических расстройств они не подходят: у человека и грызуна слишком разные мозги.

Чтобы вырастить структуры мозга, называемые органоидами, биологи взяли за основу стволовые клетки, способные развиться в клетку любой ткани тела. Их поместили в специальный раствор, способствовавший превращению стволовых клеток в нейроны мозга.

Органоид в разрезе (фото M. A. Lancaster/IMBA).

Микроскопические частицы геля, имитировавшего естественные соединительные ткани, обеспечили трёхмерность выращиваемых структур. Нейроны образовались уже на 8-10 день после начала эксперимента, а на 20-30 день учёные заметили, что клетки выросли до 3-4 миллиметров в диаметре. Таким образом они получили нейроны различных отделов — коры или заднего мозга, к примеру.

Более того, выращенные таким образом клетки мозга способны самоорганизовываться подобно тому, как это происходит в естественной среде при развитии эмбриона.

Рассмотрев полученную структуру под микроскопом, нейробиологи заметили, что отдельные её части взаимодействуют друг с другом.

"И всё же, мы не видим пока признаков поведения всех участков как единого органа", — комментирует Кноблих в пресс-релизе.

Органоиды в биореакторе (фото M. A. Lancaster/IMBA).

Один из немногих недостатков искусственного мозга исследователи обратили в свою пользу. Полученные органоиды не способны вырасти больше определённого размера, что обусловлено тем, что они не получают регулярно питательных веществ, как это происходит в организме человека.

Такой феномен, впрочем, встречается и в природе: люди с недоразвитым мозгом называются микроцефалами, а само заболеванием — микроцефалией.

Нейробиологи занялись изучением этой болезни. Для этого они взяли образцы стволовых клеток у пациента, страдающего микроцефалией и культивировали их в растворе. Учёные заметили, что здоровый мозг обладает клетками-предшественниками, способными по несколько раз образовывать нейроны. У микроцефалов эти клетки трансформируются в нейроны на очень ранних этапах развития мозга и потом уже не развиваются, из-за чего орган больше не растёт.

Клетками-предшественниками называются клетки, находящиеся на низком уровне дифференцировки, но уже коммитированные к развитию в клетки определённой линии. Если можно так сказать, то они являются дальними родственниками стволовых.

Кноблих говорит, что следующим этапом их работы будет изучение других неврологических заболеваний с применением данной технологии выращивания тканей мозга.

Мозг здорового человека (справа) и мозг микроцефала (слева) (фото M. A. Lancaster/IMBA).

Также авторам разработки придётся решить кое-какие вопросы, связанные с их исследованием. Во-первых, необходимо понять, до каких размеров сможет дорасти искусственный мозг. Во-вторых, Кноблиху и его коллегам предстоит создать многослойную структуру, более похожую на естественную, чем уже созданная ими однослойная "кора". И в третьих, нейробиологи планируют снабдить мозг системой кровеносных сосудов, правда пока они не очень хорошо представляют, как это сделать.

Коллеги Кноблиха и его команды отмечают, что наиболее значительное достижение данной работы — это сочетание сложности структуры и способности культивированных нейронов к самоорганизации.

Статья о результатах исследования вышла в журнале Nature.

Также по теме:
Японцы вырастили клетки коры головного мозга
Американцы вырастили крыс с человеческим мозгом
Биологи впервые напрямую конвертировали клетки кожи в клетки мозга
Учёные вырастили человеческую печень в голове мыши
Испанке пересадили трахею, выращенную из стволовых клеток