Плоский мозг
Исследование, проведенное международной группой из Автономного университета Мадрида и Технического университета Дании, продемонстрировало технологию создания плоских органоидов мозга. Плоские каркасы, напечатанные на 3D-принтере, позволили значительно увеличить размер органоида мозга, и через 20 дней в них наблюдалась самогенерируемая складчатость, похожая на извилины человеческого мозга.
Работа исследователей была направлена на устранение ряда недостатков существующих органоидов мозга. Отсутствие васкуляризации и недостаточная диффузия питательных веществ и кислорода приводят к появлению некротического ядра в органоидах размером более 500 мкм. В попытке решить эту проблему органоиды мозга были васкуляризированы: включение эндотелиальных клеток в систему повысила сложность модели, но генерируемые сосудистые структуры не демонстрировали никакой функциональности – in vitro кровоток отсутствовал. Авторы исследования предположили, что можно решить эту проблему, применяя методы биоинженерии.
Культивируя органоиды мозга на каркасе из поликапролактона (PCL), исследователи смогли сделать их плоскими. Сконструированные таким образом плоские органоиды мозга имеют благоприятные условия для диффузии, и поэтому ткани лучше снабжаются кислородом и питательными веществами. Переход от сферической формы к плоской также приводит к значительному увеличению отношения поверхности органоидов мозга к их объему. Кроме того, плоские органоиды мозга обладают потенциалом для создания биологически актуальных систем из-за сложности моделей, которые они позволяют сделать. Обеспечение длительной жизнеспособности этих моделей является основной целью данной области исследований; плоские органоиды решают проблему за счет своей формы, которая улучшает васкуляризацию и препятствует некрозу.
Трехмерная печать дала возможность изготавливать сложные каркасы с высокой точностью и возможностью воспроизводства. 3D-каркас позволяет регулировать размер, плотность и толщину ткани органоидов мозга.
Созданная модель также продемонстрировала последовательное формирование нейроэпителиальной складчатости, напоминающей извилины человеческого мозга. Она самопроизвольно появилась примерно на 20 день культивирования. Извилины увеличивают площадь поверхности модели так же, как в процессе развития человеческого мозга.
Авторы отмечают, что хоть органоиды не воспроизводят точную анатомию человеческого мозга, они являются важным шагом на пути к его имитации: тканеэквивалентные модели, такие как эти органоиды, могут исключить использование животных моделей в исследованиях лекарств на токсичность и понимания прогрессирования заболеваний.
Человеческий мозг – самый сложный орган тела, и из-за его недоступности ученым все еще не хватает научных знаний о развитии мозга и болезнях. Исследования с животными этически ограничены и постепенно должны быть сведены к минимуму. Протокол создания плоских органоидов мозга с извилинами – очередной шаг на пути к созданию стабильной и надежной модели человеческого мозга.
Статья T.S.P.Rothenbücher et al. Next generation human brain models: engineered Flat brain organoids grown on 3D-printed scaffolds show intrinsic gyrification
organoids featuring gyrification опубликована в журнале Biofabrication.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert: Flat brain organoids grown on 3D-printed scaffolds show intrinsic gyrification.