Выращенный в лаборатории миниатюрный мозг самостоятельно соединился со спинным мозгом и мышечной тканью

Выращивание в лаборатории самой сложной структуры в известной Вселенной — человеческого мозга — может показаться невыполнимой задачей, однако это не помешало ученым все же попробовать свои силы. После нескольких лет работы сотрудники Кэмбриджского университета создали довольно сложный по структуре миниатюрный мозг и зафиксировали некоторые необычные явления. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Небольшой по размеру органоид был выращен из стволовых клеток человека и состоит примерно из двух миллионов организованных нейронов. За год своего развития он достиг уровня мозга человеческого плода возрастом в 12-13 недель. На этой стадии орган еще не настолько развит, чтобы иметь какие-либо мысли, чувства или сознание, что, однако, не делает его полностью инертным. Специалисты обнаружили, что при размещении органоида рядом с клетками спинного мозга и связанными с ними мышечными тканями параспинальных мышц, которые были получены у эмбриона мыши, этот бестелесный шарик клеток размером с горошину посылал длинные зондирующие «усики», чтобы проверить своих новых соседей.

Используя долгосрочную живую микроскопию, исследователи смогли наблюдать, как мини-мозг самопроизвольно соединялся с близлежащим спинным мозгом и мышечной тканью. После установления связи сигнал от нейронов мозга по аксонам стал транслироваться в спинной мозг, который, в свою очередь, передавал сигнал мышце — в результате та начала сокращаться.


После установления связи сигнал от нейронов мозга по аксонам стал транслироваться в спинной мозг, который, в свою очередь, передавал сигнал мышце — в результате та начала сокращаться / © Medical Research Council

«После двух-трех недель совместного культивирования можно было увидеть плотные аксонные пути от органоида, иннервирующие спинной мозг мыши. Кроме того, были видны синапсы между выступающими аксонами выращенного органоида и нейронами спинного мозга мыши. Живое изображение мышечной ткани грызуна показало спорадические согласованные сокращения мышц с нерегулярной периодичностью», — пишут авторы исследования.

Органоиды головного мозга считаются одними из лучших инструментов для понимания развития человеческого мозга и соответствующих болезней, однако культивировать их после определенной стадии чрезвычайно сложно. Сегодня большинство органоидов мозга выращены из стволовых клеток человека, которые самопроизвольно организуются в структуры и слои, необходимые для раннего развития мозга. Проблема в том, что, как только этот кластер достигает определенного размера, нейроны, расположенные в центре, лишаются питательных веществ и кислорода и перестают быть полезными.

Исследование кембриджских специалистов одним из первых успешно решило эту проблему. В определенный момент органоид разрезали на несколько частей толщиной в полмиллиметра и поместили на отдельную питательную мембрану. После этого ученые сложили фрагменты заново: находясь на близком расстоянии, нейроны все еще связывались друг с другом и развивались на протяжении года.

Тем не менее, хотя созданный мини-мозг сложнее и успешнее, чем все предыдущие попытки в этой сфере, он по-прежнему чрезвычайно мал и далек от естественных, человеческих аналогов. Вместе с тем авторы исследования надеются, что успех их нового подхода позволит моделировать заболевания мозга подробнее, чем когда-либо. Так, специалисты надеются больше узнать о патологических процессах, приводящих к эпилепсии, шизофрении и аутизму.