Дослідники з Кіотського університету та каліфорнійського Інституту Салка отримали функціональні нейронні мережі з церебральних органоїдів. Хоча органоїди насправді не можуть «думати», ці мережі можна використовувати в якості моделі для вивчення функцій мозку і розвитку неврологічних захворювань. Опис моделі нейромережі опубліковано в журналі Stem Cell Reports.

 


Нейронна мережа, отримана з церебрального органоїда

 

Вчені давно вдосконалюють технології вирощування в лабораторних умовах спрощених версій людських органів. Зараз їх переважно використовують для тестування нових фармацевтичних препаратів і різних методик лікування. Однак групі японських дослідників вдалося створити мінімозок, який має не тільки автентичну тривимірну структуру, а й демонструє скоординовану нейронну активність.

 

Церебральні органоїди – це штучно вирощені тривимірні культури тканин, які нагадують мозок людини і можуть імітувати його розвиток. Щоб їх отримати, науковці створили масив взятих у дорослої людини плюрипотентних стовбурових клітин, з яких можуть розвинутися різні тканини організму. Потім вони помістили ці клітини в чашку Петрі, заповнену живильною рідиною, імітуючи середовище, необхідне для розвитку мозку. Клітини самостійно сформували нейронні мережі, що нагадують кору головного мозку.

 

 

Використовуючи органоїди, команда дослідників успішно візуалізувала синхронізовані і несинхронізовані дії у всій нейромережі і в з'єднаннях між окремими нейронами. 

 

На прикладі мозку вчені наочно показали, що можуть успішно відновлювати орган буквально з нуля. Штучні нейрони поводяться так само, як і природні, хоча і не здатні перетворитися на повноцінну нейросистему.

 

Дослідники розробили інструмент для оцінки комплексної динамічної зміни мережевої активності у виявленій області. Він дозволив простежити за активністю більше тисячі клітин. Новий метод може допомогти науковцям зрозуміти процеси, за допомогою яких інформація кодується в мозку завдяки активності певних типів клітин, а також фундаментальні механізми, що лежать в основі психічних захворювань.

 

"Найцікавіше в цьому дослідженні те, що ми змогли виявити динамічні зміни в активності іонів кальцію і візуалізувати комплексну діяльність клітин", – пояснює співавтор публікації Хідея Сакагучі.

 

Крім технічних проблем, дослідники зіткнулися з етичними питаннями. "Оскільки церебральні органоїди імітують процес розвитку, то в майбутньому вони можуть дійти до розумової діяльність – аж до свідомості, – каже Сакагучі. – Дехто посилається на знаменитий уявний експеримент «Мозок в колбі» Гіларі Патнема: мозок, поміщений в живильне середовище з підключенням до комп'ютера, може мати ту ж свідомість, що й люди".

 

Дослідники вважають, що церебральні органоїди навряд чи будуть розвивати свідомість, адже їм бракує інформації з навколишнього середовища.

 

"Свідомість потребує суб'єктивного досвіду, а церебральні органоїди без сенсорних тканин не матимуть сенсорного входу і моторного виходу, – каже Сакагучі. – Однак можливість того, що церебральні органоїди з системою вводу та виводу розвинуть свідомість, потребує морального розгляду, фундаментальні і прикладні дослідження цих церебральних органоїдів стануть величезним етичним викликом".

 

Як зазначив професор Дзюн Такахаші, в майбутньому прикладні дослідження органоїдів знайдуть застосування в трьох основних областях: відкритті ліків, моделюванні психоневрологічних розладів і регенеративній медицині.

 

"Церебральні органоїди можуть забезпечити значний розвиток фармакологічних компаній, замінивши традиційні моделі тварин, а також можуть бути використані для моделювання невиліковних нервових захворювань, – пояснює він. — Використовуючи наш метод, можна буде аналізувати патерни активності клітин у функціях мозку для подальшого вивчення цих областей".

 

 

02.08.2019