Вырастить небольшой кусочек человеческой мозговой ткани в лаборатории учёные умеют уже давно. Гораздо сложнее заставить его развиваться как внутри живого организма — получать кровь, сигналы от органов чувств и обмениваться импульсами с остальной нервной системой.
Исследователи Стэнфордского университета создали мышей, у которых значительная часть собственной коры головного мозга не развивалась, а освободившееся место заняла выращенная из человеческих клеток мозговая ткань.
Через несколько месяцев она проросла сосудами, сформировала нервные связи и начала взаимодействовать с мышиным мозгом. В отдельных животных человеческая ткань занимала более 90% области, где обычно должна была находиться кора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Для человеческой ткани специально освободили место
Исследователи использовали кортикальные органоиды — небольшие трёхмерные структуры из человеческих нервных клеток, выращенные из плюрипотентных стволовых клеток.
Ранее команда уже пересаживала человеческие органоиды крысам, но там им приходилось конкурировать за пространство с нормально развивающейся корой.
В новом эксперименте мышей генетически изменили так, чтобы значительная часть коры и гиппокампа не сформировалась. В это свободное пространство и пересаживали человеческую ткань.
Человеческие клетки встроились в нервную систему
Через три месяца ткань получила кровоснабжение от организма мыши. Нейроны формировали электрически активные сети и протягивали длинные отростки в другие участки нервной системы.
Некоторые волокна дошли даже до спинного мозга. При этом человеческие нейроны продолжали развиваться по собственному графику. Даже спустя месяцы они оставались похожими на клетки человеческого мозга середины внутриутробного развития.
Исследователи также обнаружили клетки, похожие на редкие нейроны фон Экономо, которые трудно получить в обычных лабораторных органоидах.
Смогла ли человеческая ткань заменить отсутствующую кору
Исследователи попробовали проверить это в Y-образном лабиринте.
Мыши без значительной части собственной коры справлялись с заданием хуже обычных животных. После пересадки человеческой ткани результат улучшился: они снова лучше различали знакомые и новые участки лабиринта.
Это ещё не доказывает, что человеческие нейроны полностью взяли на себя функции отсутствующей коры, но показывает, что трансплантат включился в работу нервной системы, а не просто существовал рядом с ней.
Зачем вообще выращивать человеческую ткань в мыши
Такая модель позволяет изучать человеческие нейроны в живом организме, где есть кровоснабжение, сенсорные сигналы и работающая нервная система.
Исследователи рассчитывают использовать её для изучения аутизма, эпилепсии, шизофрении, церебрального паралича и нейродегенеративных заболеваний, а также для испытания потенциальных методов лечения.
Например, команда уже временно уменьшала поступление кислорода. Человеческие нейроны повреждались заметно сильнее мышиных, что может помочь изучать последствия гипоксии у новорождённых.
Чем реалистичнее модель, тем сложнее вопросы
Пока человеческий органоид представляет собой небольшой шарик клеток в лабораторной чашке, граница кажется достаточно понятной. Но когда человеческая ткань получает кровь, сигналы органов чувств и занимает значительную часть мозга живого животного, ситуация становится сложнее.
При этом речь всё же не идёт о «мыши с человеческим мозгом»: большая часть нервной системы животного оставалась мышиной, а пересаженная ткань была незрелой и не имела структуры взрослой человеческой коры.
Главный результат эксперимента в другом: человеческая мозговая ткань смогла расти на месте отсутствующей части мозга, получать кровоснабжение и прокладывать связи с чужой нервной системой.
