Выращенный в лаборатории мини-мозг самостоятельно связался с мышцами

Ученые из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже вырастили в чашке Петри церебральный органоид – миниатюрное подобие мозга, которое оказалось способным связаться со спинномозговыми волокнами и посылать нервные импульсы к мышцам.

Примитивные миниатюрные аналоги настоящих органов, выращиваемые из клеточных культур, за последние годы стали значительно совершеннее. Ученые смогли получить в лабораторных условиях аналоги сердца, почки, головного мозга, желудка, легких, сетчатки, толстого и тонкого кишечника. В них есть группы дифференцированных клеток, подобные тем, что имеются в полноразмерных органах.

Используются такие органоиды для испытаний новых методов терапии, например, недавно на мини-мозгах начали выращивать глиобластому – одну из самых агрессивных опухолей, чтобы подобрать оптимальный способ борьбы с ней. Подробнее о таких работах мы рассказывали в очерках «Органы из пробирки» и «Миниатюрные органы».

В нынешнем эксперименте ученые смогли добиться наиболее продвинутого развития церебрального органоида, выращенного из стволовых клеток человека. Он соответствует мозгу эмбриона на 12 – 16 неделях беременности. В предыдущих опытах размер мини-мозга ограничивался недостатком питательных веществ, наступающем, когда органоид достигал определенного размера. После этого нейроны в его центральной части теряли доступ к кислороду и питанию, получаемым из культуральной среды, и погибали. Теперь ученые, вырастив органоид, разделили его на слои толщиной в полмиллиметра и поместили на мембрану, плавающую в жидкости, богатой питательными веществами. Каждый из фрагментов имел доступ к питанию и кислороду, и при этом клетки мини-мозга имели возможность образовывать связи друг с другом. Развитие органоида продолжалось в течение года.

В то время как у полностью развитого мозга взрослого человека насчитывается 80 – 90 миллиардов нейронов, в выращенном учеными органоиде их всего около двух миллионов, так что по объему серого вещества он занимает промежуточное место между тараканом и рыбкой данио рерио. Тем не менее, уже на этом уровне органоид проявил новые свойства. Ученые поместили в культуральную среду рядом с ним фрагмент спинного мозга мыши длиной около миллиметра и часть окружающих его мышц. В ходе опыта мини-мозг отрастил нервные отростки для соединения со спинным мозгом, а через него и с мышечными тканями. Затем были замечены сокращения мышц под контролем этого органоида. Ученые замечают, что в будущем такие системы можно будет использовать для изучения того, как развиваются человеческий мозг и нервная система и что нарушается в их взаимодействии при таких заболеваниях, как болезнь двигательных нейронов или эпилепсия.

Полученные результаты опубликованы в журнале Nature Neuroscience.