Впервые учёные вырастили церебральные органоиды — трёхмерные, выращенные в лаборатории «минимозги» — из ткани головного мозга человеческого плода.
Новые органоиды выросли до размеров рисового зерна и содержали множество типов клеток, которые самоорганизовывались в сложные трёхмерные структуры. Исследователи также спровоцировали рост опухолей головного мозга в минимозге и проверили реакцию опухолей на существующие лекарства от рака.
Минимозги имитируют ключевые аспекты развития и функционирования полноценного человеческого мозга. Ранее их выращивали из стволовых клеток человека, но никогда непосредственно из уже сформированной ткани мозга, поэтому новые органоиды открывают захватывающие возможности, говорится в заявлении авторов нового исследования, опубликованного в понедельник (8 января) в журнале Cell.
«До сих пор нам удавалось получать органоиды из большинства человеческих органов, но не из мозга. Очень здорово, что теперь мы смогли преодолеть и это препятствие», — говорится в заявлении доктора Ханса Клеверса (Hans Clevers), соавтора исследования и профессора медицины Утрехтского университета в Нидерландах.
Минимозги могут дополнить существующие органоиды, полученные из стволовых клеток, и облегчить создание новых, уникальных методов изучения здоровья и заболеваний мозга, утверждают исследователи. По словам авторов отчёта, в то время как стволовые клетки должны быть убеждены принять форму различных частей мозга, ткани, извлечённые непосредственно из мозга, могут точно воспроизводить его ткани на конкретных стадиях развития. Кроме того, в то время как стволовым клеткам часто необходимо предоставлять «каркас» для их роста, ткани мозга могут создавать свой собственный, добавили исследователи.
Таким образом, «эти новые органоиды, полученные из тканей плода, могут предложить новое понимание того, как формируются различные области мозга и что создаёт клеточное разнообразие», — говорится в заявлении автора первого исследования Далилы Хендрикс (Delilah Hendriks), руководителя дочерней группы из Центра детской онкологии принцессы Максимы в Нидерландах.
Ранее учёные создали минимозг, используя плюрипотентные стволовые клетки — примитивные клетки, которые могут стать клетками любого типа, если их снабдить определённым набором химических веществ. Эти минимозги полезны для изучения развития и связанных с ним нарушений. Однако минимозг, полученный непосредственно из ткани мозга, может дать новое представление о поведении и характеристиках клеток, специфичных для мозга, пишут авторы исследования в своей статье.
Чтобы создать новые минимозги, исследователи взяли образцы мозговой ткани умерших плодов в гестационном возрасте от 12 до 15 недель, которые были предоставлены анонимными донорами. Они отдельно выращивали небольшие образцы каждой из тканей на маленьких пластинках, используя определённые питательные вещества и факторы роста. Каждый образец непрерывно встряхивали по мере его роста, чтобы убедиться, что все клетки внутри него подвергаются воздействию этих химических веществ, также им не предоставляли никаких физических каркасов для роста.
Примерно через 4-8 дней исследователи заметили образование «множественных организованных трёхмерных структур», которые позже превратились в органоиды с «тканеподобным внешним видом».
Полученный минимозг содержал множество типов клеток, включая нервные стволовые клетки, известные как наружная радиальная глия. Ткани плода также вырабатывали собственные белки внеклеточного матрикса, которые действовали как строительные леса и поддерживали их трёхмерную организацию. Это может позволить учёным продолжить изучение того, как окружающая среда клеток влияет на их развитие.
Минимозги, выращенные из определённых тканей мозга, таких как передний мозг, сохранили структурные характеристики, характерные для этой части органа, и они реагировали на специфические сигнальные молекулы, которые участвуют в развитии мозга.
В этом первоначальном эксперименте минимозги выращивали в течение 6 месяцев. Примечательно, что исследователи смогли вырастить несколько минимозгов из одного образца ткани. Органоиды становятся новым способом проверки безопасности и эффективности препаратов, поэтому возможность выращивать множество органоидов из одного образца может в будущем быть полезной для проведения повторных экспериментов с новыми методами лечения заболеваний.
В дальнейшем авторы хотят создать более сложные версии минимозга и потенциально разработать их из тканей плода на разных стадиях развития, а также из поражённых тканей, которые могли бы отражать дефекты мозга, связанные с младенческой смертностью.
Как и другие модели человеческого мозга, необходимы «специальные этические рамки» и «активные обсуждения с донорами и научным сообществом», прежде чем проводить какие-либо дальнейшие эксперименты с использованием этих органоидов, пишут авторы в статье. Например, исследователи должны тщательно продумать этичность пересадки ткани человеческого мозга другим видам, таким как грызуны, как это было сделано с органоидами, полученными из стволовых клеток.
