Учёные создали платформу на основе нанопроводов, которая имитирует ткань мозга и позволяет впервые изучить астроциты — звёздчатые клетки, критически важные для здоровья мозга, в их естественном состоянии.
Астроциты — самые распространённые и загадочные клетки мозга. Они отвечают за регуляцию коммуникации между нейронами и помогают поддерживать гематоэнцефалический барьер. Эти клетки отличаются высокой динамичностью и способностью изменять форму, что не происходит на обычных чашках Петри, оставляя значительные пробелы в нашем понимании их работы.
«Удручающе мало известно о поразительном разнообразии морфологии астроцитов, и мы также мало знаем о молекулярном механизме, стоящем за этими изменениями формы», — сказал соавтор исследования Ишан Барман, биоинженер из Университета Джонса Хопкинса. «Они не принимают такие формы на стекле, поэтому вопрос для нас заключался в том, как мы можем воспроизвести форму in vivo, но in vitro?»
Благодаря возможности изучения астроцитов с беспрецедентной детализацией работа, проведённая под руководством Университета Джонса Хопкинса и Национального исследовательского совета Италии, поможет нам лучше понять функции мозга и нарушения его работы, включая то, что происходит при нейродегенеративных заболеваниях.
Работа [опубликована](https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202513424) в журнале Advanced Science.
Астроциты лежат в основе здоровья мозга. Они формируют своего рода каркас мозга. И нарушение работы астроцитов связано со многими заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
Учёные подозревают, что характерная звёздчатая форма астроцитов связана с их различными ключевыми функциями. Но эти формы разрушаются, как только учёные пытаются изучить их на обычных стеклянных лотках под микроскопами.
«Чтобы по-настоящему понять астроциты, нам нужно воспроизвести их среду», — сказал Барман. «Форма не случайна. И если мы не сможем точно её воспроизвести, мы не сможем понять их функции».
Чтобы астроциты можно было изучать в их истинном виде, команда разработала два прорыва.
Сначала они создали из стекла маты из нанопроводов, которые имитируют текстуру ткани мозга, оставаясь при этом оптически прозрачными. Когда астроциты помещают на эту структуру из нанопроводов, они не только сохраняют свою характерную форму, но и растут и процветают.
«Когда астроциты выращивают на матах из нанопроводов, они восстанавливают свою звездообразную морфологию, разветвляются и созревают, как это происходит in vivo в мозге», — сказала соавтор исследования Аннализа Конвертино из Национального исследовательского совета Италии.
Сочетая эти нанопровода с новой формой визуализации, которая обеспечивает высокое разрешение и трёхмерные изображения без флуоресцентных меток или инвазивного окрашивания, команда смогла зафиксировать, как астроциты растут, разветвляются и меняют форму.
«Возможность сочетать культуру нанопроводов с визуализацией высокого разрешения без меток была критически важной», — сказала соавтор исследования Анушка Гупта, аспирантка в лаборатории Бармана. «Это наконец позволяет точно количественно оценить морфологию астроцитов».
Команда ожидает, что этот метод, который также можно использовать для изучения других клеток, будет способствовать развитию технологий «мозг на чипе», включая органоиды и другие платформы нейроинженерии следующего поколения.
«Это значительный шаг вперёд по сравнению с плоскими моделями культур и прокладывает путь для нового поколения моделей «мозг на чипе», — сказал Барман. «Мы считаем, что это может стать началом нового способа изучения нейродегенеративных заболеваний, эффектов лекарств и травм мозга».
Предоставлено Университетом Джонса Хопкинса.