Из стволовых клеток получился работающий мозг (на ранней стадии развития)
Зачем пользоваться мозгами мышей для исследований самого сложного органа нашего тела – если можно вырастить модель мозга человека? На основе стволовых клеток ученые впервые смогли вырастить крохотные «мозги» с корой, гиппокампусом и даже сетчаткой. Трехмерные тканевые структурыпозволяют изучить ранние стадии развития мозга человека с невиданной ранее детальностью, сообщает New Scientist.
Наш мозг так сильно отличается от мозга большинства животных, что наблюдение за их развитием мало что дает для понимания этого процесса в человеческом организме. «Модели на основе мозга мышей просто “не тянут”», - говорит Юрген Кноблих (Juergen Knoblich), сотрудник венского Института молекулярной биологии.
Кноблих и его коллеги взяли индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) – искусственно созданные из обычных клеток взрослого человека стволовые клетки, идентичные по свойствам эмбриональным стволовым клеткам – и стали «кормить» их смесью питательных веществ, которые считаются необходимыми для развития мозга. Сначала клетки дифференцировались в нейроэктодерму (невральный зачаток) – слой клеток, которые со временем станут нервной системой эмбриона. Потом ткань подвесили на гелевой каркасной структуре, чтобы помочь ей расти в трех измерениях.
Правильное питание – правильная структура
Меньше чем за месяц стволовые клетки выросли в напоминающие мозг «органоиды» диаметром 3-4 мм, со структурами, соответствующими большинству областей мозга. Все органоиды содержали части коры головного мозга, около 70% - хороидное сплетение (там вырабатывается спинномозговая жидкость), и 10% - ретинальную ткань.
«Если давать правильные питательные вещества, они показывают удивительную способность к самоорганизации», - говорит участник исследования Маделайн Ланкастер (Madeline Lancaster).
Но в органоидах не было никаких следов мозжечка (эта часть мозга отвечает за моторику и языковые навыки, среди прочего). Это неудивительно – ведь эта область мозга развивается позже остальных.
Ученые смогли даже записать активность нейронов (см. видео), хотя это не означает, что мозг обладает сознанием.
Слишком мало стволовых клеток
Такая модель мозга уже принесла научные результаты. Например, чтобы понять, почему мозг эмбриона иногда не вырастает до нужного размера (этот порок развития называется микроцефалией), исследователи вырастили органоиды из ИПСК человека, страдающего от микроцефалии.
На первых стадиях нормального развития мозга стволовые клетки активно делятся и увеличиваются в числе. На определенном этапе часть стволовых клеток переключается на производство нейронов (т.н. стадия ассиметричного деления).
В модели микроцефалического мозга период размножения стволовых клеток был короче обычного. Таким образом, на следующем этапе не хватает стволовых клеток для превращения в нейроны.
Ученые выяснили, что уменьшенное количество нейронов в «микроцефалических» органоидах связано с нехваткой белка CDK5RAP2. Когда они добавили этот белок, количество нейронов стало расти.
Сознания нет
Сейчас органоиды по размеру примерно равны мозгу человека на ранних стадиях развития плода. Чтобы вырастить мозг большего объема, стволовые клетки должны будут дифференцироваться в кровеносные сосуды (чтобы поставлять питательные вещества растущему органоиду). Это сложнее, чем просто выращивать ткани мозга.
Но если бы австрийские исследователи разработали технику для этого, то у них получились бы работающие модели мозга на поздних стадиях развития. Тогда мы смогли бы прояснить физиологические причины таких расстройств, как аутизм и шизофрения.
Только одного не смогут «искусственные мозги» - обрести сознание. Хотя они являются отличной структурной моделью, сложные формы нервной деятельности, необходимые для высших функций мозга, воспроизвести невозможно, утверждает Кноблих.
Данные исследования были представлены в журнале Nature.
Артём Космарский nauka21vek.ru