Дослідники Stanford пересадили лабораторно вирощену людську мозкову тканину мишам, у яких генетично прибрали більшу частину власної кори. Найцікавіше сталося після пересадки: людська тканина не просто вижила, а розрослася, зайняла понад 90% доступного коркового простору та підключилася до нервової системи тварин.
Що сталося
Команда нейробіолога Серджіу Пашки зі Stanford створила особливу модель мишей. У них генетично заблокували розвиток більшої частини неокортексу та гіпокампа, залишивши значний вільний простір у мозку.
Саме сюди після народження тварин пересаджували людські кортикальні органоїди — невеликі саморганізовані структури мозкової тканини, отримані зі стовбурових клітин людини.
Приблизно через два-три місяці після пересадки людська тканина збільшилася майже вп’ятеро. У результаті вона заповнила понад 90% доступного коркового об’єму мозку мишей.
Дослідники назвали таких тварин «ксенокортикальними мишами».
Головний секрет — вільне місце
Саме тут ховається найважливіша деталь експерименту.
У попередніх моделях людські органоїди пересаджували в мозок гризунів, де вже активно розвивалися власні нейрони. Людська тканина опинялася в умовах конкуренції за простір і зв’язки.
Цього разу вчені фактично прибрали конкурента.
Коли більша частина кори миші не розвинулася, людські клітини отримали великий простір для росту. За словами дослідників, саме усунення конкуренції за місце стало ключовою особливістю нового підходу.
Якщо спростити, це схоже на ситуацію, коли в переповнену кімнату намагаються додати ще одну групу людей. Раніше для людських клітин просто не вистачало «кімнати». У новій моделі значну частину простору звільнили заздалегідь.
Людські нейрони підключилися до мозку миші
Тканина не залишилася ізольованим шматком людського мозку.
Дослідники виявили різні типи людських клітин кори, організовану електричну активність і численні зв’язки з нервовою системою миші. Проекції людських нейронів простягалися через мозок тварини та доходили до спинного мозку.
При цьому тварини загалом зберігали нормальне пересування. Водночас аналіз поведінки виявив відмінності в координації кінцівок та організації спонтанної поведінки.
Це важливо: експеримент не створив «мишку з людською свідомістю». Йдеться про інтеграцію людських нейронів у нервову систему тварини.
Nature також зазначає, що сам час проведення пересадки та особливості моделі були частиною підходу, який має обмежувати можливість людських клітин перебрати контроль над складними функціями мозку тварини.
Навіщо взагалі створювати такий мозок
Людський мозок майже неможливо досліджувати так само безпосередньо, як мозок лабораторної тварини.
Органоїди частково вирішили цю проблему. Вони дозволяють вирощувати людські нервові клітини в лабораторії, але мають важливе обмеження: це все ж таки невелика модель, позбавлена повноцінного організму та складного середовища живого мозку.
Нова система поєднує обидва підходи.
Людські клітини розвиваються всередині живої тварини, отримують кровопостачання та формують зв’язки з нервовою системою. Це дає змогу спостерігати за їхньою роботою та реакцією на певні умови безпосередньо в організмі.
Експеримент показав реакцію на нестачу кисню
Дослідники також перевірили, чи можна використовувати цю модель для вивчення пошкодження людської мозкової тканини.
Ксенокортикальних мишей на п’ять годин помістили в середовище з концентрацією кисню 5%. Після цього в людській тканині виявили ознаки гіпоксичної реакції, зокрема активність білка HIF1α.
Це був доказ принципу: модель можна використовувати не лише для спостереження за розвитком людських нейронів, а й для вивчення того, як вони реагують на пошкодження.
Дослідники пов’язують такий підхід із можливістю вивчати порушення розвитку нервової системи та перевіряти потенційні методи лікування.
Водночас це поки не означає появи готового лікування будь-якої неврологічної хвороби. Експеримент показав можливості самої моделі.
В органоїдах з’явилися рідкісні нейрони
Ще одна цікава деталь стосується клітин, які складно отримати у звичайній лабораторній культурі.
У пересадженій тканині вчені виявили великі нейрони, подібні до нейронів фон Економо. Цей тип клітин пов’язують із соціальним пізнанням, а також із нейродегенеративними захворюваннями, зокрема фронтотемпоральною деменцією.
Їх поява в такій моделі відкриває додаткову можливість для дослідження клітин, які важко відтворити у звичайній чашці Петрі.
Що це може змінити
Доведено вже те, що людські кортикальні органоїди можуть масштабно розростатися в мозку спеціально модифікованої миші, формувати різні типи клітин і інтегруватися з нервовою системою господаря.
Наступний рівень — використання таких тварин як моделі людського розвитку мозку, неврологічних захворювань і для тестування потенційних методів лікування.
Але це вже майбутнє застосування, а не результат клінічних випробувань. Дослідження поки демонструє, що така платформа технічно працює.
💡 Цікаво знати
Органоїди для цього експерименту починалися не з готової мозкової тканини. Вчені використовували людські стовбурові клітини, які виростили до стану кортикальних органоїдів, а вже потім пересадили їх новонародженим мишам.
Тобто фактично дослідники створили умови, у яких лабораторно вирощена людська нервова тканина могла розвиватися всередині живого організму.
❓ ГОЛОВНЕ ПИТАННЯ: чи стали ці миші частково «людськими»?
Ні, у тому сенсі, який зазвичай мають на увазі під людською свідомістю чи поведінкою.
У мишей справді сформувалася значна кількість людських нейронів, які інтегрувалися з їхньою нервовою системою. Але дослідження не показує появи людської свідомості або людського рівня когнітивних здібностей. Nature також зазначає, що модель була розроблена з урахуванням цього етичного питання.
Фінал
Найважливіше в цьому експерименті не те, що вчені «зробили напівлюдський мозок миші». Справжня новизна значно практичніша: людські нейрони вперше вдалося розмістити в живому мозку так масштабно, щоб вони могли розвиватися, формувати мережі та реагувати на пошкодження в організмі.
Для науки це означає новий спосіб спостерігати за людською нервовою тканиною там, де раніше її майже неможливо було досліджувати.
Повідомляє NNews із посиланням на Nature.
