Исследователям из Университета Юты удалось вырастить крошечные органоиды головного мозга, благодаря которым ученые смогут лучше понять механизмы, лежащие в основе расстройств аутистического спектра. Об этом сообщается в пресс-релизе учебного заведения.

Различные типы других клеток, включая нейронные, обнаруженные в коре головного мозга. Yueqi Wang

Изучение заболеваний мозга во многих случаях является чрезвычайно сложной задачей, поскольку ученым трудно исследовать внутреннюю работу этого органа. Конечно, развитие технологий позволяет нам в известной степени получать изображения мозга, но ученым еще многое предстоит выяснить о процессах, происходящих в нем.

Органоиды - крошечные скопления тканей, полученные из стволовых клеток, позволяют исследователям воспроизводить сложные органы вне тела, контролируя при этом условия вокруг них. Использование органоидов в научных лабораториях не является чем-то новым. Однако ученые столкнулись с проблемой их создания в определенной последовательности, что затрудняет интерпретацию результатов.

Вдохновившись природой

Для того чтобы создать надежные органоиды, Алекс Щегловитов, профессор нейробиологии из Университета Юты, и его команда обратились к природе. Они использовали стволовые клетки человека, а затем стимулировали их превращение в нейроэпителиальные клетки. Такие типы стволовых клеток могут самоорганизовываться в чашках Петри в структуры, называемые нейронными розетками.

Ученые позволили скоплениям клеток самостоятельно развиваться. Они обнаружили, что эти структуры сливаются в сферы и увеличиваются в размерах со скоростью, аналогичной скорости развития мозга у растущего плода.

После пяти месяцев эксперимента органоиды стали похожи на человеческий мозг, который можно увидеть через 15-19 недель после зачатия, говорится в пресс-релизе Щегловитова. Структуры содержали клетки, расположенные в коре головного мозга - внешнем слое мозга, который принимает участие в различных ментальных процессах, таких как речь, эмоции, рассуждения и т.д.

Исследование аутизма

Команда Щегловитова воспользовалась органоидами для изучения влияния генетических аномалий, связанных с расстройством аутистического спектра. Они модифицировали органоид так, чтобы в нем был снижен уровень гена SHANK3.

Такой аутичный органоид вначале выглядел нормальным, но затем проявил некоторые отличительные признаки. Нейроны были гиперактивными и чаще срабатывали в ответ на раздражители, а некоторые индикаторы указывали на то, что часть нейронов не передавала сигналы другим нейронам. Исследователи также обнаружили, что специфические молекулярные пути, отвечающие за адгезию клеток друг к другу, также были нарушены.

Авторы исследования уверены, что подобные органоидные системы помогут лучше понять мозг, его развитие и понять причины возникновения заболеваний. "Мы начинаем понимать, как сложнейшие нейронные структуры в человеческом мозге возникают из клеток-предшественников", - рассказывает Юэци Ванг, докторант университета. "Более того, мы можем измерять фенотипы, связанные с заболеваниями, используя трехмерные органоиды, полученные из стволовых клеток, содержащих генетические мутации".

Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Nature Communications.

Источники: Journal Interesting Engineering, Journal  Eurekalert,  Journal Nature Communication
1. (https://www.eurekalert.org/news-releases/966735)
2. (https://www.nature.com/articles/s41467-022-33364-z)
3. (https://interestingengineering.com/health/lab-grown-brain-organoids-autism)