Исследователи создали новый органоид целого мозга, включающий нервные ткани и зачаточные кровеносные сосуды. Это достижение может открыть новую эру в изучении нейропсихиатрических расстройств, таких как аутизм.
«Мы создали новое поколение органоидов мозга», — говорит ведущий автор Энни Катурия, доцент кафедры биомедицинской инженерии Университета Джонса Хопкинса, которая изучает развитие мозга и нейропсихиатрические расстройства.
«Большинство органоидов мозга, которые вы видите в статьях, представляют собой одну область мозга, например кору, задний или средний мозг. Мы вырастили зачаточный органоид целого мозга; мы называем его мультирегиональным органоидом мозга (MRBO)», — объясняет она.
Исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, стало одним из первых случаев, когда учёным удалось создать органоид, включающий ткани из каждой области мозга, соединённые и действующие согласованно. Наличие модели мозга на основе человеческих клеток откроет новые возможности для изучения шизофрении, аутизма и других неврологических заболеваний, которые поражают весь мозг — работа, которая обычно проводится на животных моделях.
Чтобы создать органоид целого мозга, Катурия и члены её команды сначала вырастили нервные клетки из отдельных областей мозга и зачаточные формы кровеносных сосудов в отдельных лабораторных чашках. Затем исследователи соединили отдельные части с помощью липких белков, которые действуют как биологический суперклей, и позволили тканям сформировать соединения. Когда ткани начали срастаться, они начали производить электрическую активность и реагировать как сеть.
Мультирегиональный мини-мозг сохранил широкий спектр типов нервных клеток с характеристиками, напоминающими мозг 40-дневного человеческого плода. Около 80% спектра типов клеток, обычно наблюдаемых на ранних стадиях развития человеческого мозга, были одинаково представлены в созданных в лаборатории миниатюрных мозгах.
Эти органоиды, гораздо меньшие по сравнению с реальным мозгом — весом от 6 до 7 миллионов нейронов по сравнению с десятками миллиардов в мозге взрослого человека — предоставляют уникальную платформу для изучения развития мозга в целом.
Исследователи также наблюдали за формированием раннего гематоэнцефалического барьера — слоя клеток, который окружает мозг и контролирует, какие молекулы могут проходить через него.
«Нам нужно изучать модели с человеческими клетками, если вы хотите понять нарушения развития нервной системы или нейропсихиатрические расстройства, но я не могу попросить человека позволить мне заглянуть в его мозг, чтобы изучить аутизм», — говорит Катурия.
«Органоиды целого мозга позволяют нам наблюдать за развитием заболеваний в режиме реального времени, видеть, работают ли методы лечения, и даже адаптировать терапию для отдельных пациентов», — добавляет она.
Использование органоидов целого мозга для тестирования экспериментальных лекарств также может помочь повысить процент успешных клинических испытаний, считают исследователи. Примерно 85–90% лекарств терпят неудачу во время клинических испытаний фазы 1. Для нейропсихиатрических препаратов этот показатель ближе к 96%. Это связано с тем, что учёные преимущественно изучают модели на животных на ранних стадиях разработки лекарств. Органоиды целого мозга более точно имитируют естественное развитие человеческого мозга и, вероятно, станут лучшими объектами для тестирования.
«Такие заболевания, как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера, поражают весь мозг, а не только его часть. Если вы сможете понять, что идёт не так на ранних стадиях развития, мы сможем найти новые мишени для скрининга лекарств», — говорит Катурия.
«Мы можем тестировать новые лекарства или методы лечения на органоидах и определять, действительно ли они оказывают влияние на органоиды», — заключает она.
Источник: Университет Джонса Хопкинса.