Исследователи восстановили повреждения мозга у крыс путем имплантации органоидов человеческого мозга

2023-02-13 00:41

В сфере медицинских исследований в последние пять лет пропагандируется «межвидовая» трансплантация органов. К примеру, в ушедшем году исследователи впервые успешно пересадили группу человеческих нейронов в мозг здоровых мышей. В качестве продолжения этого пути, недавно было проведено исследование, в ходе которого органы человеческого мозга были пересажены в «поврежденный» мозг крысы для восстановления поврежденной зрительной коры. Хотя органеллы все еще относительно незрелые, это открытие может привести к новым методам лечения для регенерации центральной нервной системы человека после травм и нейродегенеративных заболеваний.

В конце 2022 года исследователи из Стэнфордского университета успешно пересадили органы человеческого мозга здоровым лабораторным мышам разного возраста. Однако трансплантация органоидов связана с рядом ограничений. Например, нейроны, выращенные в лаборатории, с трудом достигают нейронов определенного размера в мозгу. Однако самой большой проблемой является стимуляция клеток, выделенных in vitro, для успешного соединения с другими нейронами после трансплантации. Как только эти шаги были завершены, следующим шагом была трансплантация органоидов мышам с поврежденным мозгом.

В новом исследовании ученые Пенсильванского университета (США) создали органы головного мозга из плюрипотентных стволовых клеток человека в лабораторных условиях. Чтобы дифференцировать клетки в функциональные нейроны, их стимулировали химическими сигналами в течение 80 дней. После этого этапа образующиеся трехмерные кластеры клеток могут имитировать любую желаемую функцию, в том числе функцию коры головного мозга (которая состоит из множества перекрывающихся слоев). «Эта структура действительно важна для определения того, как на самом деле работает мозг» — объясняет Хан-Чьяо Исаак Чен, автор-корреспондент нового исследования и научный сотрудник кафедры нейрохирургии Пенсильванского университета.

Цель, согласно исследованию, опубликованному в журнале Cell Stem Cell, состоит в том, чтобы имитировать функцию областей коры головного мозга, которые обрабатывают визуальную информацию. В настоящее время тесты проводятся только на животных, но однажды трансплантация органов для восстановления поврежденного мозга может быть применена и к людям. «Я рассматриваю это как первый шаг в разработке новой стратегии восстановления мозга» — сказал Чен. Поэтому органоиды могут быть альтернативным вариантом для восстановления функций мозга после травмы (после операции, инсульта или нейродегенеративных заболеваний).

Применение на людях: отдаленная цель

Вживив органоиды взрослым мышам, перенесших серьезное повреждение вторичной зрительной коры, исследователи смогли запечатать повреждение коры головного мозга. Животным давали иммунодепрессанты до и после операции, чтобы предотвратить отторжение трансплантата. Через три месяца после трансплантации новые капилляры проникли в органеллы, и клетки смогли соединиться со здоровыми нейронами грызунов. Кроме того, размер органелл немного увеличился из-за образования новых клеток.

Чтобы определить, были ли успешно установлены синаптические соединения, исследователи использовали флуоресцентные вирусные маркеры для для отображения новых соединений.

Результаты

Органоиды были успешно прикреплены к зрительному нерву крысы. Затем, проверяя зрительные способности мышей на различные раздражители, исследователи обнаружили, что органеллы, встроенные в кору головного мозга, активируются в ответ. «Визуальные стимулы у животных вызывают реакции органоидных нейронов, которые включают избирательность направления», — пишут исследователи в своем исследовании.

Однако исследовательская группа не смогла проверить реальное зрение или связанное со зрением поведение у имплантированных мышей. Кроме того, несмотря на функциональное сходство органоида с корой головного мозга, его структурная основа все еще относительно рудиментарна, и эта технология далека от применимости к человеку. Сейчас мы проводим следующий этап исследования, чтобы ответить на вопрос, насколько мы хороши. способен восстанавливать зрительные функции у трансплантированных мышей. Кроме того, будет исследована возможность трансплантации органоидов в другие области мозга, например, в моторную кору. Но до тех пор мы надеемся использовать структурную основу органелл, чтобы действительно имитировать сложные функции здорового мозга. «Теоретически это сделает органоиды более полезными для восстановления мозга в будущем, поэтому мы надеемся получить больше мозгоподобных субстратов», — предположил Чен.

Источник: new-science.ru