Человеческие нейроны удалось пересадить в мозг новорожденных крысят

В журнале Nature опубликовано исследование нейробиологов Стэнфордского университета, которые трансплантировали в крысиный мозг человеческую мозговую ткань, сообщает NewScientist. Пересаженный 3D-органоид – самоорганизующиеся комочки ткани человеческого мозга – были выращены в лаборатории из стволовых клеток. По сути, они представляют собой упрощенную модель коры головного мозга человека. После того как они были трансплантированы и полностью интегрировались в окружающие ткани в коре головного мозга крысенышей, органоиды превратились в функциональную часть мозга, связанную с сенсорным восприятием.

Цель эксперимента – получить возможность изучать болезни человеческого мозга, исследовать которые невозможно вне живого организма. Такие состояния, как аутизм и шизофрения, присущи исключительно человеку, но изучить их как следует нереально из-за невозможности проникнуть в мозг пациента. Работа с ними в лаборатории также связана с большими ограничениями: в этих условиях органоиды ведут себя иначе, чем нейроны в головном мозге, поскольку не получают питательных веществ из кровотока и не подключаются к более широким контурам мозга.

В прошлом ученые пытались имплантировать органоиды человеческого мозга в мозг взрослых крыс, однако трансплантация не удалась, поскольку развивающиеся нейроны в органоиде не смогли сформировать прочную связь с полностью развитой сетью мозга реципиента-крысы. На сей раз нейробиологи пересадили человеческую ткань в мозг новорожденных крыс, чей собственный мозг еще не развился.

Исследователи выращивали органоиды человеческого мозга в чашке до тех пор, пока количество нейронов в них не достигло 500 000 – 1 млн. Затем шарики ткани диаметром 1,5 мм были пересажены в мозг крысятам, которым было несколько дней, непосредственно в соматосенсорную кору – область мозга, ответственную за получение и обработку сенсорной информации. Пять месяцев спустя МРТ-сканирование показало, что скопления мозговой ткани человека выросли в шесть-восемь раз и подключились к кровоснабжению животного. Каждый органоид добавлял около 5 млн человеческих нейронов к 30 млн крысиных.

Органоиды были генетически сконструированы таким образом, чтобы реагировать на синий свет. Крысят обучали облизывать нос, чтобы получить воду, и в это время стимулировали нейроны, направляя на детенышей синий свет. Позже, когда на органоиды направляли синий свет, уже взрослые крысы автоматически облизывались, демонстрируя реакцию, не наблюдаемую в контрольных группах. Это говорит о том, что органоид не только функционировал как часть мозга крысы, но и мог способствовать поведению, направленному на поиск вознаграждения.

После тестов крыс подвергли эвтаназии, а их мозг извлекли и препарировали, что позволило исследователям наблюдать интеграцию органоидов на клеточном уровне. Они обнаружили, что органоидные нейроны выросли намного больше, чем любые нейроны, выращенные in vitro, распространившись в мозге крыс и образовав сети с родными крысиными нейронами.

Теперь ученые смогут изучать, как клетки мозга пациентов с нервно-психическими расстройствами дают сбои в живом мозге, и оценивать воздействие лекарств в режиме реального времени.