Исследователи трансплантировали человеческие нейроны в мозг крыс, чтобы узнать больше о неврологических и психических расстройствах, таких как эпилепсия и шизофрения.
Сгустки человеческих клеток пустили корни в мозгу животных, подключились к их кровоснабжению и подключались к мозговым цепям крыс, позволяя им изменять поведение животных.
Новаторская процедура означает, что теперь ученые могут изучать, как клетки мозга пациентов с нервно-психическими расстройствами функционируют в живом мозгу, и оценивать воздействие лекарств в режиме реального времени.
«Психические расстройства ложатся тяжелым бременем на общество, и совершенно очевидно, что нам нужны более совершенные модели для их изучения», — сказал Серджиу Паска, профессор психиатрии, руководивший исследованием в Стэнфордском университете. — Мы видим пациентов и их семьи, которые находятся в отчаянии. Нельзя терять время».
Работа является последним достижением в этически сложной области мозговых органоидов, в которой ученые выращивают крошечные шарики клеток человеческого мозга в лаборатории. Исследователи использовали органоиды для исследования развития мозга, аутизма и воздействия инфекций, таких как вирус Зика, но некоторые задавались вопросом, как ученые узнают, достигают ли когда-либо органоиды такого развития, в которой они страдают или у них появляется сознание.
Практическая проблема заключается в том, что куски мозговой ткани, выращенные в лаборатории, ведут себя иначе, чем нейроны в мозге. Часть проблемы заключается в том, что органоиды не омываются питательными веществами из крови и не подключаются к более широким схемам мозга.
Чтобы преодолеть эти проблемы, Паска и его коллеги выращивали органоиды человеческого мозга в чашке, пока они не насчитывали от 500 000 до 1 млн нейронов. Затем шарики ткани шириной 1,5 мм были пересажены в мозг новорожденных крыс, в частности, в область, называемую соматосенсорной корой, которая обрабатывает тактильные ощущения, такие как движение усов.
Пять месяцев спустя МРТ-сканирование показало, что скопления ткани человеческого мозга выросли в шесть-восемь раз и подключились к системе кровоснабжения животного. Клетки человеческого мозга не заменяли ткань мозга крысы, а вместо этого подключались к ней. После выращивания каждый органоид добавил около 5 млн нейронов человека к 30 млн нейронов крысы. Некоторым крысам вводили два органоида, по одному с каждой стороны мозга.
Тесты на животных не обнаружили доказательств того, что они страдали от побочных эффектов. Но человеческие нейроны подавали активность, когда на усы крысы дули, показывая слияние ткани мозга крысы и человека.
Чтобы показать, насколько эта процедура может быть полезна для исследований, ученые создали органоиды мозга из клеток здорового человека и других клеток пациентов с генетическим заболеванием, называемым синдромом Тимоти, и пересадили их в мозг крыс. Органоиды головного мозга пациентов выросли до такой степени, что в них появились явные аномалии. Подробности опубликованы в Nature. Команда намерена изучить ряд состояний от эпилепсии и шизофрении до конкретных форм аутизма, а также лекарства, которые могут помочь некоторым пациентам.