Онлайн
Выращенные из стволовых клеток человека мозговые органоиды, пересаженные в мозг взрослых крыс с поврежденной зрительной корой, проявили активность, когда крысы увидели мигающие огни и чередующиеся черные и белые линии. На основании этого исследователи заключили, что человеческие нейроны взяли на себя некоторые функции зрительной системы крыс, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell. Ее авторы полагают, что выращенные из стволовых клеток человека ткани можно будет использовать для восстановления поврежденных участков мозга взрослых животных и, в перспективе, возможно, людей.
Травмы и болезни головного мозга могут приводить к обширным повреждениям нервной ткани и утрате некоторых функций. Это могут быть, например, потеря чувствительности, двигательных навыков разной степени тяжести (парезы и параличи), нарушения речи и слуха. И так как нейрогенез у взрослых млекопитающих ограничен, то самостоятельно поврежденные регионы восстановиться не могут.
Этому может помочь трансплантация тканей в пораженные участки. Например, успешно проводилась пересадка участков лобной коры от плода грызунов к взрослым животным с моторными нарушениями: эти клетки приживались и встраивались в системы мозга, а у взрослых животных улучшались моторные навыки. Но проводить подобные процедуры с людьми невозможно по этическим соображениям.
Зато можно вырастить крохотную модель мозга из плюрипотентных стволовых клеток человека и уже пересаживать таким образом полученные ткани. Несмотря на то, что такие мини-мозги весьма малы (обычно с горошину), они во многом схожи с настоящими по структуре и электрической активности, а некоторые еще и отращивают себе зачатки глаз. Кстати, на сегодняшний день ученые не только успешно создают мини-мозги современного человека, но и, например, делают это из клеток, в ДНК которых внесена мутация, характерная для неандертальского генома.
Ранее американские исследователи успешно пересадили новорожденным крысятам органоид мозга человека. В виду того, что в этом возрасте развитие мозга у животных еще не завершилось, пересаженные ткани прижились и встроились в структуру мозга крысят. За время наблюдения ученые отметили значительное увеличение объема пересаженных структур, образование внутри них сосудов и клеток микроглии — одного из типов иммунных клеток в головном мозге.
При этом повреждение нервных тканей головного мозга переживают не только новорожденные, но и взрослые. Поэтому эксперименты с удачной пересадкой органоидов мозга взрослым животным сейчас необходимы, однако до недавнего времени их не было.
Теперь Айзек Чен из Пенсильванского университета и его коллеги пересадили органоиды мозга человека в зрительную кору молодых взрослых самцов крыс, предварительно удалив (то есть повредив) часть зрительной коры животных.
До того, как органоид мозга был имплантирован в мозг животных, его выращивали в течение 80-88 суток. Чтобы после пересадки отличать органоиды мозга человека от собственных тканей крыс, ученые выращивали мини-мозги из плюрипотентных стволовых клеток, которые экспрессировали зеленый флуоресцентный белок.
Фотографии целых органоидов в разные моменты времени in vitro
Также до пересадки и каждый день после иммунитет крыс подавлялся с помощью инъекций циклоспорина А, — чтобы иммунная система не атаковала органоиды, и они могли прижиться. За результатами проведенной операции исследователи наблюдали в течение трех месяцев, после крыс умертвили.
Слева направо: схема имплантации с указанием расположения удаленного участка коры диаметром 5 мм; снимки мозга крысы до имплантации и после; снимки имплантированного органоида два месяца спустя (в видимом спектре света и ультрафиолете)
Срезы мозга крысы с имплантированным органоидом мозга человека. Срезы сделаны спустя месяц, два и три после пересадки, и они демонстрируют изменение объемов органоидов со временем
В результате оказалось, что мозговые органоиды прижились в мозгу крыс. Внутри них появились сосуды, и сосудистая сетка увеличилась за месяцы наблюдения (p < 0,001). Более того, между органоидом и разными отделами мозга крыс образовались нейронные связи, при этом структура и состав органоида соответствовали строению зрительной коры, но человеческой, и миграции нейронов крысы в органоид ученые не обнаружили. Также исследователи отметили увеличение объема органоида в течение времени, хотя и незначительное.
Далее необходимо было выяснить, реагируют ли прижившиеся нейроны органоида на зрительные стимулы. Для этого исследователи ввели в имплантированный органоид 32 внутрикортикальных электрода. Эти электроды записывали ЭЭГ восьми крыс, пока животные смотрели на экран с мигающими огнями. Для сравнения ученые сняли ЭЭГ у двух крыс, которым не проводили пересадку органоида мозга человека (для удобства далее будем называть их «наивными»).
Схема эксперимента
Через два месяца органоидные нейроны шести крыс начали демонстрировать электрическую активность в ответ на мигающие огни. Хотя, реакции органоидных нейронов и собственных нейронов зрительной коры наивных животных несколько отличались: реакция органоидных нейронов была более продолжительной, но при этом возникающие в них связанные с событием потенциалы имели меньшую амплитуду, и, наконец, меньшее число органоидных нейронов откликались в ответ на зрительный стимул (p = 0,005).
Также исследователи показали крысам чередующиеся черные и белые линии разной ориентации, например, горизонтальные и диагональные, — это помогло ученым понять, могут ли пересаженные нейроны кодировать особенности зрительной информации. Через два месяца органоидные нейроны демонстрировали избирательность ориентации, подобную той, что наблюдалась в собственных нейронах зрительной коры наивных крыс (р = 0,649).
Как считают авторы, результаты их исследования показывают, что человеческие нейроны интегрировались в мозг крыс и взяли на себя некоторые функции зрительной системы этих животных.
В будущем исследователи планируют пересадить человеческие органоиды и в другие области мозга животных, например, в моторные отделы, а в несколько отдаленной перспективе — провести подобные операции и с людьми, у которых есть повреждения корковых структур. Таким образом, подобный способ можно будет применять при реабилитации людей, перенесших травмы головного мозга, инсульт или другие состояния, повлекшие повреждения корковых структур.
Источник – nplus1.
