Скопления человеческих нервных клеток процветали в мозгах крыс

Чтобы заставить нервные клетки человека в лаборатории процветать, есть три волшебных слова: местоположение, местоположение, местоположение.

Во многих экспериментах нервные клетки человека выращиваются в лабораторных чашках. Но новое исследование привлекает немного более нетрадиционный объект недвижимости: мозг крысы. Имплантированные кластеры человеческих нейронов становятся больше и сложнее, чем их когорты, выращенные в чашках, сообщают исследователи онлайн 12 октября в журнале Nature.

Не только это, но и клетки человека также кажутся функциональными, хотя и очень ограниченными способами. Имплантированные человеческие клетки могут как получать сигналы от клеток крысы, так и влиять на поведение крыс, соединения, которые “демонстрируют более существенную интеграцию пересаженных нейронов”, — говорит Арнольд Кригштейн, нейробиолог по развитию из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, который не участвовал в исследовании. “Это значительный прогресс”.

За последнее десятилетие ученые создавали все более сложные органоиды мозга, трехмерные кластеры клеток, полученные из стволовых клеток, которые растут и имитируют человеческий мозг. Эти органоиды не воссоздают всю сложность человеческих нейронов, которые развиваются в реальном мозге. Но они могут быть окнами в непостижимый процесс — развитие человеческого мозга и то, как он может пойти наперекосяк. “Даже если они не совсем идеальны, [эти модели] являются суррогатами человеческих клеток в отличие от клеток животных”, — говорит Кригштейн. “И это действительно захватывающе”.

Чтобы приблизить эти клетки к их полному потенциалу, Серджиу Паска, нейробиолог из медицинской школы Стэнфорда, и его коллеги хирургическим путем имплантировали человеческие церебральные органоиды в мозг новорожденных крысят. Вместе со своими хозяевами начали расти человеческие органоиды. Три месяца спустя органоиды увеличились примерно в девять раз по сравнению с исходным объемом, в конечном счете составив около трети одной стороны коры головного мозга крысы, внешнего слоя мозга. “Это отодвигает крысиные клетки в сторону”, — говорит Паска. “Он растет как единое целое”.

Эти человеческие клетки процветали, потому что мозг крыс обладает преимуществами, недоступными лабораторной посуде, такими как кровоснабжение, точное сочетание питательных веществ и стимуляция близлежащих клеток. Эта поддержка окружающей среды побудила отдельные человеческие нейроны вырасти больше — в шесть раз по одному показателю — чем клетки того же типа, выращенные в чашках. Клетки, выращенные в мозге крысы, также были более сложными, с более сложными паттернами ветвления и большим количеством клеточных соединений, называемых синапсами.

Вверху слева: нервная клетка человека, выращенная из органоида в лабораторной чашке. Она намного меньше, с гораздо более короткими «усиками», чем нервная клетка из органоида, выращенного в мозге крысы, у которой длинные веретенообразные «усики», покрывающие большую часть изображения
Человеческая нервная клетка из органоида, который находился в мозге крысы (справа), выросла больше и сложнее, чем аналогичная клетка, выращенная в органоиде в лабораторной чашке (слева).

Клетки выглядели более зрелыми, но Паска и его коллеги хотели знать, будут ли нейроны вести себя так же. Тесты электрических свойств показали, что имплантированные нейроны вели себя более похоже на клетки, которые развиваются в человеческом мозге, чем клетки, выращенные в чашках.

За месяцы роста эти человеческие нейроны установили связи с клетками-хозяевами крыс. Человеческие органоиды были имплантированы в соматосенсорную кору, часть мозга крысы, которая обрабатывает ввод данных с помощью усов. Когда исследователи подули воздухом на усы, некоторые человеческие клетки отреагировали.

Более того, человеческие клетки могут влиять на поведение крысы. В дальнейших экспериментах исследователи генетически модифицировали органоиды, чтобы они реагировали на синий свет. Побуждаемые вспышкой света, нейроны посылали сигналы, и исследователи вознаграждали крыс водой. Вскоре крысы научились двигаться к носику с водой, когда их человеческие органоидные клетки посылали сигналы.

В поведенческих тестах крысы с человеческими имплантатами не проявляли признаков более высокого интеллекта или памяти; на самом деле, исследователи были больше обеспокоены дефицитом. В конце концов, человеческие органоиды выталкивали мозги своих хозяев. “Будет ли дефицит памяти? Будет ли наблюдаться двигательный дефицит? Будут ли припадки?” — спросил Паска. Но после обширных тестов, включая поведенческие тесты, ЭЭГ и МРТ, “мы не смогли обнаружить различий”, — говорит Паска.

В других экспериментах использовались нервные клетки людей с генетическим заболеванием, называемым синдромом Тимоти, серьезным нарушением развития, которое влияет на рост мозга. Исследователи рассудили, что выращивание органоидов, созданных из клеток этих пациентов, в мозге крыс может выявить различия, которых не было бы при других методах. Конечно же, нейроны в этих органоидах имели менее сложные дендриты, принимающие сообщения, чем у органоидов, полученных от людей без синдрома.

По словам Паски, органоиды, изготовленные из клеток, специфичных для конкретного пациента, однажды могут даже послужить подопытными для лечения. “Борьба с расстройствами потребует смелых подходов”, — говорит он. “Нам нужно будет построить человеческие модели, которые повторяют больше аспектов человеческого мозга, чтобы изучить эти уникальные человеческие условия”.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *