Учёные создали лабораторных мышей с сильно уменьшенными участками мозга, а затем пересадили в освободившееся пространство человеческую нервную ткань. Работа стала новым этапом в изучении органоидов мозга — небольших моделей человеческого мозга, выращенных из стволовых клеток. Такие структуры используют, чтобы исследовать развитие мозга и изменения его строения и функций при заболеваниях.
Обычно органоиды выращивают вне организма — в лабораторной посуде или специальных устройствах с питательным раствором. Однако внутри живого организма они получают сигналы, которые помогают нейронам созревать и правильно соединяться, тогда как в лабораторных условиях многие из этих сигналов отсутствуют. В исследовании 2022 года пересаженные крысам органоиды выросли крупнее, сформировали более развитые связи и проявляли большую активность, чем структуры, оставленные в лабораторной посуде.
Новая модель должна была решить другую проблему: человеческие клетки созревают примерно в 20 раз медленнее, чем клетки мыши или крысы. Поэтому быстро развивающиеся клетки хозяина занимают доступное пространство и образуют миелин — жировую оболочку нервных волокон, которая затрудняет проникновение человеческих клеток в окружающую ткань. Исследователи создали генетически изменённых мышей, у которых формируется лишь 2% коры головного мозга, а большая часть гиппокампа — важного центра памяти — отсутствует.
В течение нескольких дней после рождения животным пересаживали примерно четыре кортикальных органоида. По словам профессора психиатрии и поведенческих наук Стэнфордского университета Серджиу Пашки, примерно в 90% случаев ткань успешно приживалась, а за несколько месяцев занимала большую часть свободного объёма. «Мы просто взяли кортикальные органоиды, примерно четыре, и перенесли их шприцем в это свободное пространство», — сказал он. «Вот и всё. Они приживаются, а через несколько недель начинают расти. Затем в течение нескольких месяцев занимают большую часть этого объёма».
После пересадки человеческие клетки увеличивались, соединялись с мышиными и выпускали отростки в расположенную ниже ткань. При этом они не образовывали характерные для человеческого мозга слои, хотя включали многие типы клеток коры. Мышей с органоидами сравнивали с животными, у которых были удалены такие же участки мозга, но пересадку не проводили, а также с обычными лабораторными мышами.
Исследователи считают, что модель поможет изучать раннее развитие мозга на клеточном и молекулярном уровнях, а также последствия недостатка кислорода, воздействия токсинов и лекарств во внутриутробный период. Генетические изменения в органоидах могут позволить исследовать развитие, строение и работу мозга при церебральном параличе и аутизме. Как сообщил Live Science нейрохирург Пенсильванского университета Х. Айзек Чен, не участвовавший в работе, «это определённо является достижением в данной области».