Учёные вырастили мини-мозг с нейронными связями и кровеносными сосудами

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса использовали световую микроскопию для подтверждения слияния церебральных, эндотелиальных и среднемозговых/заднемозговых органоидов в один мультирегиональный органоид мозга. Фото: Лаборатория Катурии, Университет Джонса Хопкинса

Учёные из Университета Джонса Хопкинса создали уникальный органоид целого мозга, включающий нейронные ткани и зачаточные кровеносные сосуды. Это достижение может открыть новые возможности для изучения нейропсихиатрических расстройств, таких как аутизм.

«Мы создали органоиды мозга следующего поколения, — говорит ведущий автор исследования Энни Катурия, доцент кафедры биомедицинской инженерии Университета Джонса Хопкинса. — Большинство органоидов, описанных в научных работах, моделируют только одну область мозга, например кору, задний или средний мозг. Мы вырастили зачаточный органоид целого мозга, который назвали мультирегиональным органоидом мозга (MRBO)».

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, стало одним из первых случаев, когда учёным удалось создать органоид с тканями из разных областей мозга, соединёнными и функционирующими согласованно. Такая модель на основе человеческих клеток позволит изучать шизофрению, аутизм и другие неврологические заболевания, затрагивающие весь мозг — исследования, которые обычно проводятся на животных.

Для создания органоида целого мозга Катурия и её команда сначала вырастили нейронные клетки из разных областей мозга и зачаточные кровеносные сосуды в отдельных лабораторных чашках. Затем исследователи соединили отдельные части с помощью липких белков, действующих как биологический суперклей, и позволили тканям формировать связи. По мере срастания тканей они начали генерировать электрическую активность и реагировать как единая сеть.

Мини-мозг сохранил широкий спектр типов нейронов, напоминая по характеристикам мозг 40-дневного человеческого эмбриона. Около 80% типов клеток, обычно присутствующих на ранних стадиях развития человеческого мозга, были обнаружены в лабораторных мини-мозгах. Хотя эти органоиды значительно меньше настоящего мозга (6-7 миллионов нейронов против десятков миллиардов у взрослого человека), они предоставляют уникальную платформу для изучения развития всего мозга.

Учёные также наблюдали формирование зачаточного гематоэнцефалического барьера — слоя клеток, окружающих мозг и контролирующих проникновение молекул.

«Чтобы изучать нейроразвивающиеся или нейропсихиатрические расстройства, нам нужны модели с человеческими клетками, но я не могу попросить человека позволить заглянуть в его мозг просто для изучения аутизма, — объясняет Катурия. — Органоиды целого мозга позволяют наблюдать развитие расстройств в реальном времени, проверять эффективность лечения и даже разрабатывать персонализированные терапии».

Использование таких органоидов для тестирования экспериментальных препаратов может также повысить успешность клинических испытаний. Около 85-90% препаратов проваливаются на первой фазе испытаний, а для нейропсихиатрических лекарств этот показатель достигает 96%. Это связано с тем, что на ранних этапах разработки лекарств учёные в основном изучают животных. Органоиды целого мозга точнее воспроизводят естественное развитие человеческого мозга и могут стать лучшими объектами для тестирования.

«Такие заболевания, как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера, затрагивают весь мозг, а не одну его часть. Если мы поймём, что идёт не так на ранних этапах развития, возможно, найдём новые мишени для скрининга лекарств, — говорит Катурия. — Мы можем тестировать новые препараты или методы лечения на органоидах и определять, действительно ли они оказывают эффект».

Источники: sciencedaily.com, Университет Джонса Хопкинса