В ходе эксперимента, напоминающего историю с «Франкенштейном», учёные обнаружили, что клетки мозга крыс могут замещать потерянные нейроны мышей, даже позволяя грызунам-хозяевам нюхать сладости.
И хотя объединение мозгов крысы и мыши может показаться странным, эта работа направлена на создание основы для понимания того, как развивается мозг млекопитающих, сказала Кристин Болдуин (Kristin Baldwin), нейробиолог из Колумбийского университета (США) и ведущий автор нового исследования, описывающего эксперимент.
Исследование Болдуин и её команды, опубликованное в журнале Cell вместе со вторым исследованием сотрудников Юго-Западного Техасского университета (UT), показывает, что клетки мозга крысы, введённые в мозг мыши, действительно в состоянии улавливать сигналы из своей новой среды. Эти клетки развиваются в те же сроки, что и соседние клетки мозга мыши, взаимодействуя с ними и даже подстраивая свой размер под них.
«Хозяин контролирует как минимум два аспекта: размер, а также скорость развития, — сказал Цзюнь Ву (Jun Wu), молекулярный биолог из Юго-западного медицинского центра UT и ведущий автор второго исследования. — Это очень интересно и предполагает, что микросреда оказывает влияние на скорость, а также на размер донорской клетки.»
Исследование, проведённое Болдуин, сосредоточено на том, как формируются сети в гибридном мозге мыши и крысы, в то время как исследование, проведённое Ву, больше сосредоточено на замене целой области мозга трансплантированными клетками. Исследование может привести к созданию других межвидовых тканей мозга, что поможет учёным изучать развитие мозга и болезни, а также потенциально разработать новые методы лечения для людей.
Команда Болдуин впервые использовала бактериальные токсины, чтобы либо убить, либо заглушить клетки мозга развивающихся эмбрионов мышей. Они начали, когда развивающийся эмбрион представлял собой полый шарик из 100–200 клеток, называемый бластоцистой, и был нацелен на клетки, участвующие в восприятии запахов. В эти бластоцисты они также ввели стволовые клетки крыс, используя тип клеток, способный развиваться во многие типы клеток.
Затем они имплантировали изменённые бластоцисты матерям мышей и позволили эмбрионам развиваться. Они выявили, что клетки крысы развивались быстрее клеток мыши, замещая убитые или заглушенные клетки в центрах восприятия запаха мозга. Полное уничтожение мышиных клеток и замена их крысиными клетками привели к некоторому странному виду анатомии, сказала Болдуин в интервью Live Science, но обоняние мыши по-прежнему работало совершенно нормально.
По словам Болдуин, тот факт, что разные нейроны вместе создавали сеть и приводили к довольно нормальному поведению, является многообещающим. Сейчас появилась надежда на лечение заболеваний мозга, таких как болезнь Паркинсона или Альцгеймера, с помощью донорских или выращенных в лабораторных условиях клеток, которые заменили бы пораженные клетки в мозге пациентов.
До подобных донорских тканей мозга ещё далеко, но необходимо убедиться, что пересадка нейронов такого рода действительно может привести к созданию функциональных сетей мозга.
«Можно сказать: «Мы можем заменить клетки, вырабатывающие дофамин, и они будут производить дофамин», — сказала Болдуин.
Дофамин — это химический мессенджер, уровень которого при болезни Паркинсона резко истощается.
«Но что они делают с обработкой информации в этой части мозга? — добавила Болдуин. — Правильно ли они участвуют, и можем ли мы это улучшить?»
Исследование Ву было сосредоточено на замене целой области мозга мыши клетками крысы. Команда использовала метод редактирования генов CRISPR, чтобы отключить ген, который запускает развитие переднего мозга мыши в утробе матери. Они заменили эту большую область мозга клетками крысы, и 60% клеток у зрелых мышей оказались крысиного происхождения. Несмотря на гибридизацию мозга, мыши вели себя вполне себе как обычные лабораторные мыши.
«Мы продемонстрировали, что до 60% клеток, происходящих от другого вида в переднем мозге, на самом деле кардинально не изменяют поведение хозяина-реципиента», — сказал Ву в интервью Live Science.
Никто не планирует внедрять человеческие нейроны в мозг мыши. Это вызвало бы гораздо больше этических проблем, чем выращивание гибридных мозгов грызунов, потому что мозг может перейти порог и стать «слишком человеческим». Кроме того, технически это было бы гораздо сложнее осуществить, сказал Ву. Ранее уже предпринимались попытки вырастить у животных другие человеческие органы — например, учёные выращивали человеческие почки внутри эмбрионов свиней, — но мозговая ткань — это совсем другое дело.
Теоретически учёные могли бы применить эти методы для гибридизации мозга различных видов обезьян. Это могло бы упростить генетическую настройку приматов для моделирования аспектов заболеваний человека; это связано с тем, что различные методы генной модификации, как правило, опробованы на конкретных видах и не всегда просты в использовании у разных видов.
Такая работа на обезьянах могла бы быть более актуальной для людей, поскольку многие болезни, которыми болеют люди, не поражают мышей или крыс, отметила Болдуин. Но это подняло бы свои собственные этические вопросы.