Создание мозга в пробирке: лучше, быстрее, дешевле
Исследователи сообщают о разработке нового алгоритма для создания кортикального органоида человека, иными словами, мини-мозга, полученного непосредственно из эмбриональных клеток. Такие органоиды можно использовать для более подробного изучения и лучшего понимания реальных проблем пациентов с теми или иными заболеваниями.
Окрашенное изображение среза мозгового органоида человека от пациента с расстройством аутистического спектра.
В опубликованной в онлайн-версии журнала «Stem Cells and Development» статье исследователи из Калифорнийской школы медицины Сан-Диего при Калифорнийском Университете описали разработку быстрого и экономически выгодного метода для создания кортикальных органоидов человека непосредственно из первичных эмбриональных клеток.
Экспериментальные исследования развития мозга человека и его функций ограничены. Исследования, требующие использования живых эмбриональных субъектов, сдерживаются этическими проблемами и хрупкостью мозга. Моделирование на животных лишь частично имитирует и представляет человеческую биологию и когнитивные функции человеческого мозга. Опыты же, проведенные с одной клеткой, не способны отразить особенности работы нейронных сетей. В последние годы получение человеческих органоидов in vitro — трехмерных, миниатюрных, упрощенных версий органов, выращенных из перепрограммированных стволовых клеток, позволяет ученым более реалистично и более подробно изучать биологические функции органов, особенности патогенеза того или иного заболевания и, конечно, качественнее тестировать новые методы лечение. «Это распространяется и на мозг», — сказал Алиссон Р. Муотри, доктор философии, профессор кафедры педиатрии и клеточной и молекулярной медицины Университета Сан-Диего, директор программы стволовых клеток Сан-Диего и член Консорциума Сэнфорда по регенеративной медицине. «Церебральные органоиды могут формировать самые различные области головного мозга. Такие органоиды демонстрируют нейроны, которые являются вполне функциональными и способными к электрическому возбуждению. Их можно считать образцами развития коры головного мозга на уровне экспрессии генов».
Муотри является одним из лидеров в области использования подхода «мозг из пробирки», таким способом он предоставил первое прямое экспериментальное доказательство того, что вирус Зика может вызвать серьезные врожденные дефекты, адаптировал существующие препараты для лечения ВИЧ-инфекции для применения в терапии редких, наследственных неврологических расстройств и создал «мини-мозг» неандертальца.
Но производство человеческих мозговых органоидов — сложный, трудоемкий и чрезвычайно дорогой процесс, требующий сложных инструментов и современных технологий, которые должны позволять сначала генерировать индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), способные стать практически любой клеткой из клеток кожи (фибробластов), а затем проводить дифференциацию этих iPSCs, чтобы получить то широкое разнообразие взаимосвязанных типов клеток, которое обеспечивает образование столь тонко организованного органа, каким является мозг.
В новой статье старший автор Муотри и его коллеги описывают новый, быстрый и экономически эффективный метод перепрограммирования отдельных соматических клеток непосредственно в корковые органоиды из сотен особей одновременно. Для этого они сжали по времени и оптимизировали несколько этапов процесса, чтобы соматические клетки были перепрограммированы, расширены и стимулированы для образования корковых клеток почти одновременно. Результатом этой работы является кортикальный органоид, который полностью развивается из соматических клеток, подвергающихся незначительным манипуляциям, сказал Муотри.
«Мы установили принципиально новый алгоритм систематического автоматизированного процесса генерации большого количества мозговых органоидов», — сказал Муотри. «Потенциальное использование этого метода огромно, в том числе, он может быть использован для создания крупных репозиториев органоидов мозга и для выявления причинно-генетических связей при неврологических состояниях человека, связанных с несколькими мутациями, которые пока остаются не до конца изученными, например, это актуально при расстройствах аутистического спектра. Если мы хотим понять изменчивость в человеческом познании, то это первый шаг к этому пониманию».
