Создана нанопроводная платформа для изучения астроцитов в их естественной форме

Астроцит демонстрирует естественную звездообразную форму на новой нанопроводной платформе. Автор: Johns Hopkins University

Учёные создали нанопроводную платформу, имитирующую ткань мозга, чтобы впервые изучать астроциты — звездообразные клетки, критически важные для здоровья мозга, в их естественном состоянии.

Астроциты — самые многочисленные и загадочные клетки мозга, ответственные за регуляцию коммуникации между нейронами и помогающие поддерживать гематоэнцефалический барьер. Они также являются высоко динамичными структурами, меняющими форму, чего не происходит в обычных чашках Петри, что оставляет значительные пробелы в нашем понимании их функционирования.

«Досадно, но мы мало знаем о потрясающем разнообразии морфологии астроцитов и почти ничего не знаем о молекулярных механизмах, стоящих за этими изменениями формы», — сказал соавтор исследования Ишан Барман, биоинженер из Университета Джонса Хопкинса. — «Они не принимают эти формы на стекле, поэтому вопрос для нас заключался в том, как воспроизвести форму in vivo, но in vitro?»

Благодаря возможности изучать астроциты с беспрецедентной детализацией, работа, проведённая под руководством Университета Джонса Хопкинса и Национального исследовательского совета Италии, поможет лучше понять функции мозга и их нарушения, включая то, что идёт не так при нейродегенеративных расстройствах.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Астроциты лежат в основе здоровья мозга. По сути, они формируют каркас мозга. А нарушение работы астроцитов связано с многочисленными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Учёные подозревают, что характерная звездообразная форма астроцитов связана с их различными ключевыми функциями. Но эти формы разрушаются, как только учёные пытаются изучить их на обычных стеклянных подложках под микроскопами.

«Чтобы по-настоящему понять астроциты, нам нужно воспроизвести их среду», — сказал Барман. — «Форма не случайна. И если мы не сможем воссоздать её достоверно, мы не поймем функцию?»

Чтобы позволить изучать астроциты в их истинной форме, команда совершила два прорыва.

Во-первых, они создали нанопроводные маты из стекла, которые имитируют текстуру мозговой ткани, оставаясь при этом оптически прозрачными. При размещении на этой нанопроводной структуре астроциты не только сохраняют свою характерную форму, но и растут и процветают.

«При выращивании на нанопроводных матах астроциты восстанавливают свою звездообразную морфологию, ветвятся и созревают, как это происходит in vivo в мозге», — сказала соавтор исследования Аннализа Конвертино из Национального исследовательского совета Италии.

Комбинируя эти нанопровода с новой формой визуализации, которая обеспечивает высокое разрешение и 3D-обзор без флуоресцентных меток или инвазивного окрашивания, команда смогла зафиксировать, как астроциты растут, ветвятся и меняют форму.

«Возможность комбинировать нанопроводное культивирование с высокоразрешающей визуализацией без меток была критически важна», — сказала соавтор Анушка Гупта, аспирант в лаборатории Бармана. — «Это наконец позволяет провести точную количественную оценку морфологии астроцитов».

Астроцит теряет свою естественную звездообразную форму на стекле. Автор: Johns Hopkins University

Команда ожидает, что эта методика, которая также может использоваться для изучения других клеток, продвинет технологии «мозг-на-чипе», включая органоиды и другие нейроинженерные платформы следующего поколения.

«Это большой скачок вперед по сравнению с плоскими культуральными моделями и прокладывает путь для нового поколения моделей «мозг-на-чипе», — сказал Барман. — «Мы считаем, что это может возвестить о начале нового способа изучения нейродегенеративных заболеваний, эффектов лекарств и травм мозга».

Больше информации: Pooja Anantha et al, Disordered Glass Nanowire Substrates Produce in Vivo‐Like Astrocyte Morphology Revealed by Low‐Coherence Holotomography, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202513424

Источник: Johns Hopkins University