Ученые вырастили в мышах рекордный объем человеческой мозговой ткани с помощью метода ксенокортикации

Исследователи из Стэнфордского университета и их коллеги описали методику, позволяющую вырастить внутри черепа мыши больше человеческой мозговой ткани, чем удавалось прежде.

Пересаженные органоиды занимают значительную часть черепной коробки грызуна и воспроизводят отдельные элементы сложной работы мозга, включая формирование жизнеспособных нейронных сетей.

Органоиды представляют собой трехмерные скопления клеток, выращенные из стволовых клеток и частично воспроизводящие свойства настоящего органа. Такие структуры позволяют изучать действие лекарств и других факторов в условиях, куда более приближенных к реальности, чем клеточная культура в чашке Петри.

Группа Серджиу Пашки и другие коллективы ранее уже показывали, что человеческие мозговые органоиды можно пересаживать мышам, где они дозревают и встраиваются в нервную систему животного.

Главным препятствием оставалась разница в скорости развития. Человеческие органоиды растут примерно в том же темпе, что и человеческий мозг, то есть приблизительно в двадцать раз медленнее мышиного. Мозг грызуна созревает быстро и попросту вытесняет трансплантат, ограничивая его итоговый размер и функциональность.

Чтобы обойти это ограничение, авторы вывели мышей, генетически лишенных большей части неокортекса и гиппокампа. В освободившееся пространство пересаживали человеческие органоиды, которые получали возможность разрастаться намного сильнее обычного. Методику назвали ксенокортикацией.

Мыши без неокортекса и гиппокампа при этом выживают и остаются функциональными, что демонстрирует способность мозга млекопитающих компенсировать потери и выстраивать новые связи на ранних этапах развития. Схожие случаи известны и у людей – дети могут развиваться при отсутствии крупных отделов мозга. У таких мышей все же наблюдаются нарушения памяти и другие дефициты по сравнению с обычными животными.

Внутри подготовленных мышей человеческие органоиды формировали более крупные структуры и более сложные нейронные связи, чем в предыдущих экспериментах. Еще любопытнее то, что ксенокортикация частично предотвращала характерные нарушения, свойственные мышам с удаленными неокортексом и гиппокампом.

Трансплантация нейральных органоидов грызунам-хостам представляет собой перспективную in vivo платформу для изучения работы человеческих нейронов и разработки терапии.

Авторы работы утверждают, что подобные животные позволят точнее моделировать неврологические расстройства в лаборатории, и настаивают на этической допустимости своих экспериментов. По словам Пашки, директора программы органогенеза мозга в Стэнфорде, надзор за работами велся на нескольких уровнях:

Мы приняли чрезвычайные меры с точки зрения этического надзора за последние несколько лет.

У нас была группа экспертов, которая изучила эксперименты, которые мы планировали проводить, и дала рекомендации. А затем университет фактически собрал этический комитет, внешний по отношению к университету, в который вошли специалисты по этике, правоведы, представители пациентских организаций и, конечно, нейробиологи, которые на протяжении последних нескольких лет отслеживали и проверяли все эксперименты.

И я регулярно выступал перед этим комитетом. Так что мы были особенно внимательны не только к благополучию животных… мы также искали любые потенциальные изменения в поведении, которые могли бы оказаться проблематичными.

Часть научного сообщества и сторонних наблюдателей все равно задается вопросами о границах подобных исследований. Гипотетически развитие органоидов может дойти до уровня, на котором они окажутся способны на базовые ощущения вроде боли или зачаточные формы сознания. Неизвестно, достижим ли такой рубеж в принципе и как ученые смогут распознать его наступление.

Даже если отбросить этот сценарий как фантастику, остается опасение, что животные с человеческими мозговыми органоидами меняются способом, который трудно оценить с этической точки зрения. Артур Каплан, биоэтик и заслуженный профессор кафедры общественного здоровья Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете, не участвовавший в работе, высоко оценил результаты, но призвал не спешить с громкими обещаниями.

Мне это показалось немного чрезмерно оптимистичным. Мы ведь на самом деле не видели, можно ли лучше понять, например, аутизм, [поместив] органоиды в мозг мыши. Мыши все еще довольно далеки от нас, и даже с человеческими клетками в голове эта модель может как дать, так и не дать полезную надежную информацию для понимания человеческих болезней.

Я думаю, у нас слишком много тяжеловесных обещаний, если угодно, о значимости этой модели для неврологических и психических расстройств, потому что критика, возражения, а может быть, даже законодательные запреты на такую работу точно появятся.

Инженеры MIT собрали живые транзисторы из бактерий, которые проводят одно вычисление за 8 часов

17-летний школьник открыл способ избавить пчёл от клещей и поднять сборы мёда

Каплан отмечает, что часть возражений будет опираться не на обоснованные доводы. В качестве примера он приводит распространенное среди политиков и чиновников от здравоохранения ложное утверждение о том, что некоторые вакцины содержат человеческую эмбриональную ткань.

На деле такие препараты создавались при помощи клеточных линий, полученных десятилетия назад, и никакой цельной ткани в конечном продукте нет.

По мнению биоэтика, исследователям вроде Пашки предстоит убеждать общество и снимать его страхи, а не только публиковать статьи.