Людський міні-мозок прижився в мозку щура і зреагував на дотик до вусів

Моделі органу, виготовлені з клітин людини, прижилися і розвинулися в мозку щурів, після чого вплинули на поведінку гризунів.

Вчені зі США вигадали, як покращити створення моделей людського мозку. У дослідженні, опублікованому в Nature, стверджується, що пересадка мозкового органоїду новонародженим щурам дозволяє досягти того, що не виходило раніше: штучний міні-мозок приживається і взаємодіє з іншими клітинами в організмі щура, у тому числі реагує на зовнішні подразники - наприклад, на дотик до вусів.

Оскільки вивчати головний мозок та його патології на людині складно, вчені змушені використовувати з цією метою лабораторних тварин — гризунів чи навіть собак. Проблема в тому, що такі моделі не відображають усі характеристики людського мозку та процеси в ньому. Тому вчені намагаються зробити міні-моделі головного мозку із стовбурових клітин людини — мозкові органоїди.

Щоб створити структуру, схожу на людський мозок, вчені вирощують стовбурові клітини в оточенні, що змушує їх ставати клітинами мозку. Після цього органоїд переносять тваринам, щоб перевірити, як він працює. І ось тут починаються проблеми. Через своє штучне походження міні-мізки не можуть нормально розвиватися в організмі, а значить і функціонувати належним чином, взаємодіючи з іншими частинами мозку гризунів. Вчені намагаються вирішити проблему, створюючи нові підходи у створенні та пересадці органоїдів.

Команда дослідників зі Стенфордського університету під керівництвом Серджіу Пашка (Sergiu P. Pașca) просунулась у цій справі. Вони перенесли мозковий органоїд новонародженим щурам, а не дорослим, як робили їхні колеги. У цей час мозок ще не завершив свій розвиток, що дозволило органоїду прижитися і вбудуватися у його структуру. Крім того, у щурів не було тимусу, а значить, їх адаптивний імунітет не зміг атакувати трансплантат.

Мозкові органоїди не лише прижилися у мозку щурів: вчені відзначили дев'ятиразове збільшення обсягу трансплантату через три місяці після операції. Більше того, усередині нього з'явилися судини та клітини мікроглії – макрофаги нервової системи.

Клітини мозкового органоїду, який вбудували в організм гризунів, стали відрізнятись від тих, що вирощували in vitro. Вони більше й експресують гени, пов'язані з дозріванням нейронів, а отже — вчені досягли розвитку органоїду в живому організмі.

Крім того, вчені з'ясували, що за допомогою мозкового органоїду можна впливати на поведінку щурів, для цього використовували методи оптогенетики. Спочатку дослідники зробили органоїд, який експресував світлочутливий канал. Це білок, який відкривається під дією світла та змінює активність клітин. Потім мозковий органоїд перенесли щурам, а через три місяці до трансплантату додали оптичне волокно, яке генерувало червоне або синє світло. Тварини здобували нагороду, якщо пили під час дії синього світла. Через п'ятнадцять днів ті щури, яким вживили мозковий органоїд зі світлочутливим білком, зрозуміли цей принцип. Вчені зробили висновок, що клітини органоїду інтегрувалися в мозок і почали активувати нейрони, щоб отримувати нагороду. Ще один доказ інтеграції трансплантата змогли виявити, доторкнувшись до щурів за вуса. У відповідь на такий зовнішній стимул вчені помітили активацію частини клітин у мозковому органоїді.

За допомогою пересадки органоїду новонародженим щурам з імунодефіцитом, вчені змогли вирішити відразу кілька проблем: їхній міні-мозок прижився, почав розвиватися всередині живого організму і активно з ним взаємодіяти.

Дослідники пропонують використовувати свою модель як для вивчення норми. Їм вдалося зробити мозкові органоїди із клітин людей із синдромом Тімоті. Це генетичне захворювання, у якому порушується робота серця. Нейрони в такому органоїді відрізнялися від тих, які були зроблені з клітин здорових людей, а значить, модель відтворює особливості патологічних станів і може бути корисною при вивченні патологій і тестуванні ліків.

Вчені давно намагаються відтворити органи людини у лабораторних умовах. Окрім мозку, вони створюють міні-шлунки, шкіру та навіть серце. Дослідницький інтерес не єдине, що рухає дослідниками. У майбутньому такі органоїди можна буде використовувати у разі потреби для пересадки людям.