Клетки человеческого мозга, трансплантированные в мозг крысят, растут и образуют связи

Согласно новому исследованию, человеческие нейроны, трансплантированные в мозг крысы, продолжают расти, образуя связи с клетками собственного мозга животного и помогая управлять его поведением.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, кластеры выращенных в лаборатории клеток человеческого мозга были пересажены в мозг новорожденных крыс. Они росли и интегрировались в собственные нейронные цепи грызунов, составляя в конечном итоге примерно шестую часть их мозга. Исследователи, стоящие за этой работой, говорят, что с помощью этих животных можно больше узнать о нервно-психических расстройствах человека.

"Это важный шаг на пути к [пониманию и лечению] заболеваний головного мозга, – – говорит Джулиан Савулеску, специалист по биоэтике из Национального университета Сингапура, не принимавший участия в исследовании. – Но развитие также поднимает этические вопросы, говорит он, особенно в отношении того, что значит "гуманизировать" животных.

Серджиу Пашка из Стэнфордского университета уже более десяти лет работает над нейронными органоидами: небольшими кластерами нейронов, выращенными в коробке, которые напоминают определенные области мозга. Эти органоиды часто создаются из клеток кожи человека, которые сначала трансформируются в стволовые клетки. Затем стволовые клетки можно стимулировать к формированию нейронов в лаборатории при правильных условиях. Полученные органоиды можно использовать для изучения того, как клетки мозга активируются и общаются, а также как они работают неправильно при определенных заболеваниях.

Но есть ограничения на то, что может рассказать группа клеток в лаборатории. В конечном счете, эти клетки на самом деле не копируют то, что происходит в нашем мозгу, поэтому Пашка и многие другие специалисты в этой области избегают широко используемого термина «мини-мозг». Органоидные клетки не могут образовывать такие же сложные соединения. Они тоже не стреляют. И они не такие большие, как клетки нашего мозга. «Даже когда мы хранили человеческие нейроны в течение сотен дней… мы заметили, что человеческие нейроны не вырастают до размеров, до которых мог бы вырасти человеческий нейрон в человеческом мозгу», — объясняет Пашка.

Также невозможно сказать, как изменения нейронов в лаборатории могли привести к симптомам нервно-психического расстройства. Если клетки в коробке изменяют свою форму, то, как они активируются, или белки, которые они производят, что это значит, например, для памяти или поведения человека?

Чтобы обойти эти проблемы, Пашка и его коллеги пересадили органоиды в мозг живых крыс, особенно новорожденных. Мозг очень молодых животных претерпевает значительный рост и перестройку по мере их развития. По словам Пашки, нейроны, трансплантированные на такой ранней стадии, должны иметь наилучшие шансы на интеграцию в схемы мозга крысы.

Построение мозговых органоидов

Команда использовала органоиды, сделанные из клеток кожи. Эти клетки были преобразованы в стволовые клетки в лаборатории, прежде чем их стимулировали к формированию слоев клеток, которые напоминают слои коры головного мозга человека, складчатой ​​внешней части мозга, которая содержит области, ответственные за мышление, зрение, слух, память и восприятие окружающей среды. , среди прочих. В лаборатории этот процесс занял около двух месяцев.

Полученные трехмерные органоиды вводили в мозг однодневных крыс через разрез в черепе. Органоиды были пересажены в сенсорную кору, область, которая помогает животным ощущать свое окружение.

В течение четырех месяцев сканирование мозга показало, что органоиды выросли примерно в девять раз по сравнению с первоначальным объемом и составляют примерно треть полушария мозга. Клетки, по-видимому, образовали связи с клетками мозга крысы и включились в мозговые цепи.

"Это повышает вероятность того, что вы создаете улучшенную крысу, у которой могут быть более высокие когнитивные способности, чем у обычной крысы"

Джулиан Савлеску, биоэтик Национального университета Сингапура

Сами клетки были намного ближе по размеру к нейронам человеческого мозга; через шесть месяцев после пересадки они были примерно в шесть раз больше, чем выращенные в ящике. «Они просто огромные», — говорит Пашка. Эксперименты на клетках показывают, что они активируются так же, как и в человеческом мозгу. «Клетки только что перешли на другой уровень созревания», — говорит Пашка.

Их интеграция в схему мозга крыс была достаточно глубокой, чтобы позволить им контролировать поведение животных. В другом эксперименте команда специально активировала клетки человека, чтобы...