Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Био/​мол/​текст
  • Vitacoin

Ученые вырастили «в пробирке» модель мозга человека

Клетки самоорганизовались в мозг
Ученые повторили в чашке Петри развитие мозга человека

Надежда Маркина, Газета.Ру

Вырастить модель мозга человека in vitro — мечта нейрофизиологов. Большинство заболеваний человеческого мозга плохо поддается имитации на животных моделях — уж слишком сложен управляющий орган нашего организма. Теперь эта мечта стала реальностью: команда исследователей из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук в Вене, Университета Эдинбурга и Университета Святого Георгия в Лондоне вырастила такую модель — мини-мозг человека. Подробности эксперимента они описали в журнале Nature (Madeline A. Lancaster et al., Cerebral organoids model human brain development and microcephaly – ВМ).

Мэйделин Ланкастер и ее коллеги взяли за основу индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые они по стандартной методике получили из фибробластов кожи человека. Но в своей работе ученые продемонстрировали, что ИПСК могут стать источником не только разнообразных клеток и тканей, но и целого органа, даже самого сложного.

Сначала исследователи превратили ИПСК в нейрональные клетки в чашке Петри, обработав их факторами роста, затем поместили группы этих клеток в специальный гель и, наконец, дорастили структуру в биореакторе.

А получился у них, ни много ни мало, зачаток человеческого мозга — мини-мозг размером с арахисовое зерно. Ученые называют его «мозговым органоидом». Дойдя до 4 мм, он сохранялся в течение 10 месяцев в биореакторе со специальной питательной средой.

Удивительно, что органоид действительно повторяет развитие мозга человека в эмбрионе. Он похож по форме на эмбриональный мозг, его внешний слой напоминает формирующуюся кору мозга, а внутреннее строение очень напоминает устройство человеческого мозга на ранних стадиях.

В органоиде появились заполненные жидкостью полости, напоминающие желудочки мозга. И на их поверхности возникло нечто напоминающее хороидное сплетение (сосудистое сплетение желудочков мозга, вырабатывающее цереброспинальную жидкость).

Гистологический анализ показал, что органоид состоит из разных частей. И разные его части вырабатывали биохимические маркеры, характерные для структур мозга человека, пишут исследователи. Так, например, они наблюдали в органоиде зачаток гиппокампа. В мини-мозге сформировалась сложная клеточная архитектура, характерная для развивающейся коры, с выделением нескольких морфологически разных клеточных слоев.

Более того, на поверхности мозгового органоида образовалась даже ткань сетчатки глаза (на снимке она показана коричневым).

Ученые зарегистрировали, что клетки разных слоев взаимодействуют друг с другом, — то же самое происходит и при развитии мозга в эмбрионе. Некоторые клеточные популяции мигрируют на новое место жительства, в соответствии с ролью, которую им предстоит выполнять.

В основе создания модели лежит идея, что развитие нервных клеток из плюрипотентных стволовых клеток идет по той же программе, что и развитие мозга в эмбрионе. Эта идея обсуждается последние пять лет. Разным группам ученых удавалось показать, как нейрональные стволовые клетки в чашке Петри формируют соединения, характерные для архитектуры коры мозга человека.

«Ланкастер и его коллеги продвинули эти достижения на новый уровень. Они получили целый зачаток мозга и продемонстрировали, насколько точно самоорганизующиеся клетки повторяют черты развития мозга в эмбрионе», — пишет в журнале Nature Оливер Брюстл, нейрофизиолог из Боннского университета, Германия (Oliver Brustle, Developmental neuroscience: Miniature human brains – ВМ).

Такой мини-мозг — вовсе не игрушка для биологов. Он может служить аутентичной моделью для изучения нарушений развития мозга человека и имитирования нейродегенеративных заболеваний.

Конечно, форма и строение его отдельных частей лишь напоминают разные области мозга. И поскольку органоид лишен кровоснабжения, метаболизм составляющих его клеток ограничен. Более того, в нем присутствуют «мертвые зоны», которым не хватает кислорода и питания.

Но даже при этих ограничениях такая модель мозга имеет огромный потенциал, пишет Оливер Брюстл. Она даст возможность изучать развитие человеческого мозга, меняя условия его выращивания, в зависимости от состава окружающей среды. Соответственно, можно будет смоделировать, какие условия приведут к тем или иным нарушениям развития коры и других структур мозга.

Авторы модели уже сделали важный практический шаг. Они вырастили мозговой органоид из ИПСК, полученных от пациента с наследственной формой микроцефалии, и сравнили его с нормальным мини-мозгом.

В патологическом органоиде они нашли меньше клеток-предшественников и повышенное количество дифференцировавшихся нейронов. Парадоксально, но такое преждевременное созревание может быть механизмом, ведущим к микроцефалии, считают ученые.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
29.08.2013

назад

Читать также:

Кости из стволовых клеток всё ближе к клинике

Американские исследователи впервые прошли весь путь по превращению специализированных клеток человека (фибробластов кожи и клеток костного мозга) в клетки костной ткани.

читать

Печень из стволовых клеток человека заработала в организме мыши

Японские ученые сконструировали из стволовых клеток человека зачаток печени и пересадили его в мышиный организм, где трансплантат растет и успешно выполняет функции зрелого органа.

читать

Полноценные кости из стволовых клеток

Группа ученых Научно-исследовательского института Нью-йоркского фонда стволовых клеток сообщила о получении из клеток кожи заменителей кости, пригодных для устранения больших костных дефектов.

читать

Мышь с человеческой печенью

Выращенный организме мыши орган невелик – всего 5 миллиметров, однако его состав и функции ничем не отличаются от человеческой печени.

читать

Человеческий кишечник из стволовых клеток

Выращенная из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток трехмерная ткань выполняет все функции нормального человеческого кишечника, включая формирование кишечных стволовых клеток.

читать