Клітини людського мозку в щурів

Дослідникам вдалося інтегрувати мозкові органоїди зі стовбурових клітин людини в мозок новонароджених щурів. Прекурсори мозку інтегрувалися зі схемами мозку щурів, модулювали активність нейронів і поведінку тварин, а також реагували на чуттєві стимули, повідомляє команда в журналі “Nature”. Тварини, яким вживили тканину людського мозку, можуть допомогти у вивченні мозку та нервово-психічних захворювань. Однак спершу потрібно врегулювати етичний аспект таких досліджень.

Флуоресцентна тканина складається з клітин людського мозку, імплантованих у мозок щура. Зображення: Stanford University.

Органоїди, тобто спрощені та зменшені органи, вирощені зі стовбурових клітин людини, використовують для моделювання розвитку людини та її захворювань. На відміну від експериментів на тваринах, органи з пробірки є справжньою людською тканиною, що підвищує ймовірність перенесення результатів на людину.

Дослідження засвідчують, що органоїди людського мозку утворюють попередників мозку і генерують сигнали мозкових хвиль як справжній мозок. Поза організмом вони достатньо не розвиваються і не можуть інтегруватися з іншими нейронними схемами для контролю поведінки. Тому складні поведінкові нервово-психічні захворювання не можна вивчати в пробірці

Для розв'язання цієї проблеми команда під керівництвом Омера Рева (Omer Revah) зі Стенфордського університету в Каліфорнії пересадила органоїди людського мозку в мозок новонароджених щурів. “Попередні дослідження засвідчили, що людські нейрони, пересаджені в кору головного мозку гризунів, виживають і встановлюють зв'язки з клітинами тварин, – пояснює команда. – Однак ці експерименти зазвичай здійснювали на дорослих тваринах, тому інтеграція в мозку гризунів була обмеженою”.

На відміну від такого підходу, у новонароджених щурів, яких використовували Рева і його команда, органоїди людського мозку інтегрувалися і дозрівали з нейронними схемами мозку самих тварин. “Упродовж трьох місяців пересаджені органоїди людського мозку розрослися в мозку щурів у дев'ять разів”, – повідомили дослідники.

Дослідники використовували різні тести, щоб довести, що органоїди працюють у мозку щурів. Вони трансплантували органоїди в соматосенсорну кору головного мозку гризунів, тобто в ділянку, що відповідає за отримання й обробку сенсорної інформації, зокрема дотику. І дійсно: коли дослідники торкалися до вусів тварин, пересаджені нейрони активізовувалися.

Щоб з'ясувати, чи здатні органоїди людського мозку також впливати на поведінку щурів, деяким тваринам у мозковий органоїд імплантували оптичне волокно, за допомогою якого можна було стимулювати нейрони світловими імпульсами. Потім вчені навчили тварин, що вони отримають винагороду лише за певної стимуляції. Упродовж кількох днів тварини вчилися розрізняти оптогенетично індуковані нейронні стимули і шукати винагороду тільки тоді, коли надходив відповідний сигнал.

Аналіз тканин засвідчив: крім пересаджених органоїдів, у щурів активувалися й інші ділянки мозку, зокрема префронтальна кору і таламус. “Загалом ці дані засвідчують, що пересаджені органоїди людського мозку можуть змінювати активність нейронів щурів, тобто керувати їхньою поведінкою”, – резюмує команда.

“Ця здатність пересаджених органоїдів збільшує наші шанси перейти на новий рівень у вивченні розвитку, еволюції та захворювань людського мозку”, – пишуть Грей Кемп (Gray Camp) з Інноваційного центру Roche в Базелі й Барбара Тройтляйн (Barbara Treutlein) зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха в супровідному коментарі, також опублікованому в журналі “Nature”.

Команда вже здійснила першу демонстрацію того, як органоїди людського мозку, вживлені щурам, можуть сприяти дослідженню людських захворювань: коли вчені пересадили щурам органоїди мозку, вирощені зі стовбурових клітин пацієнтів із важким генетичним захворюванням – синдромом Тімоті, – ці нейрони показали специфічні дефекти в процесі їхнього розвитку. Можливо, що в майбутньому ця методика дасть змогу виявляти ті ознаки захворювань у клітинах пацієнтів, які інакше помітити не вдалося б.

“Однак такі експерименти ставлять важливі етичні питання – наприклад, щодо моніторингу цих досліджень, закупівлі людського біоматеріалу та згоди донорів”, – зазначають Кемп і Тройтляйн. Необхідно пам’ятати, яку потенційну користь розвідки можуть принести дослідженню та лікуванню захворювань людини, а також те, наскільки нова технологія може допомогти зменшити загальний обсяг досліджень на тваринах, необхідних для цієї мети.

“Вирішальним є питання, чи може органоїд розвинути свідомість і моральний статус, – зазначили Кемп і Тройтляйн. – Важливо організувати публічну дискусію між дослідниками, фахівцями з біоетики, регулятивними органами та громадськістю для напрацювання меж досліджень, у котрих для моделювання роботи людського мозку використовують органоїди”.