Они заменили большую часть коры
Ученые пересадили мышам, лишенным большей части коры, мозговой органоид человека, и через три месяца человеческие клетки составляли в ней более 90 процентов. В исследовании, опубликованном в Nature, авторы продемонстрировали потенциал этой модели для изучения неврологических заболеваний человека, например ДЦП.
Миниатюрные модели мозга называют мозговыми органоидами. Ученые экспериментируют с их выращиванием для того, чтобы ускорить исследования в области неврологических заболеваний. Дело в том, что живой человеческий мозг не доступен для многих клеточных и экспериментальных исследований, а мозг мышей и крыс не во всем повторяет строение мозга человека. Тут на помощь и приходят мозговые органоиды. Эксперименты с ними уже проводятся: ученым, например, удалось вырастить in vitro органоид мозга с зачатками глаз, которые реагировали на свет.
Однако мозг слишком сложный орган с множеством входящих и исходящих связей, поэтому проводить эксперименты исключительно в чашке Петри невозможно. Поэтому следующим этапом экспериментов стала подсадка мозговых органоидов животным: подсаженные нейроны проявляли активность и реагировали на мигание и ориентацию линий.
Гарикойц Лерма-Усабьяга (Garikoitz Lerma-Usabiaga) из Баскского центра исследования познания, мозга и языка вместе с коллегами пошел еще дальше и показал, что пересаженные клетки способны формировать нейронные сети. Для этого исследователи создали линию мышей, у которых не развивался неокортекс. Так им удалось избежать конкуренции между человеческими и животными нейронами, которая обычно завершалась в пользу последних. Экспериментальным мышам в возрасте двух дней подсаживали человеческие мозговые органоиды, которые перед этим культивировали ex vivo в течение двух месяцев. Спустя три месяца после операции более 90 процентов объема коры головного мозга у таких мышей составляла ткань человеческого происхождения. При этом уже в шесть месяцев по поведению они практически не отличались от здоровых собратьев.
Зачем ученые продемонстрировали, как можно использовать таких мышей для изучения заболеваний: они подвергли животных пятичасовому кислородному голоданию. Это воздействие нанесло серьезный ущерб ткани коры мозга человеческого происхождения — у мышей наблюдались трудности с поддержанием равновесия, — а у контрольных животных таких последствий не обнаружили. Это говорит об особенной уязвимости человеческих нейронов к недостатку кислорода. Поэтому животные, обладающие человеческой нервной тканью, могут помочь в исследовании неврологических болезней, например детского церебрального паралича, при котором нейроны поражаются из-за гипоксии.
Эксперименты авторов традиционно привлекают к себе внимание с точки зрения этики. Но ученые утверждают, что все их эксперименты проведены с учетом существующих критериев, более того, призывают создать единый стандарт проведения исследований на подобных моделях.
Мини-мозги используют еще и в лабораторных экспериментах, изучающих развитие мозга. Например, с их помощью узнали, что развитие мозга человека регулируют два белка с цинковыми пальцами.