Впервые в мире ученые успешно вырастили органоиды человеческого мозга — так называемые "мини-мозги" - из фетальной ткани человека. Органоиды размером всего лишь с рисовое зернышко, но они способны предложить совершенно новый способ изучения развития мозга и болезней.
В последние годы исследования органоидов переживают бурный рост. Возможность создавать миниатюрные копии органов — от желудка, почек до целого "органа-на-чипе" - способна произвести революцию в медицинских исследованиях.
Органоиды мозга, созданные из стволовых клеток человека, ранее были продемонстрированы как реакция на визуальные стимулы, использованы для восстановления поврежденных тканей мозга крыс и заражены вирусом COVID-19 для изучения повреждений, которые он может нанести нервной системе. Мини-мозг был даже соединен с компьютерным оборудованием для создания гибридного биокомпьютера.
Однако, несмотря на эти невероятные достижения, существует ограничение на выращивание органоидов человеческого мозга. До сих пор единственным вариантом было использование эмбриональных или плюрипотентных стволовых клеток, которые направлялись на правильный путь развития с помощью коктейля из очень специфических молекул, что может занять много времени.
Теперь ученые нашли способ производить мини-мозги непосредственно из тканей мозга плода.
"До сих пор мы могли получать органоиды из большинства человеческих органов, но не из мозга — очень здорово, что теперь нам удалось преодолеть и это препятствие", — пояснил соруководитель проекта профессор доктор Ханс Клеверс.
Команда из Центра детской онкологии принцессы Максимы в Нидерландах выяснила, что ключевым моментом является использование небольших кусочков цельной ткани, а не отдельных клеток, как это требуется для органоидов, созданных из других органов. При правильных условиях роста эти фрагменты ткани самоорганизовывались в сложные трехмерные структуры мозга.
Несмотря на то что органоиды были крошечными, они содержали множество различных типов клеток и сохраняли специфические характеристики тех частей мозга, из которых они были получены. Например, они по-прежнему реагировали на различные сигнальные молекулы, направляющие развитие мозга по мере роста плода, а это значит, что их можно использовать для получения новых знаний об этом очень сложном процессе.
Поскольку органоиды быстро растут, команда решила проверить их потенциал в моделировании рака мозга. Используя генное редактирование CRISPR-Cas9, они мутировали раковый ген TP53. Через три месяца мутировавшие клетки захватили власть, как это делают раковые клетки.
Позже они использовали ту же методику для изменения трех генов, связанных с глиобластомой, разновидностью рака мозга, и проверили действие некоторых противораковых препаратов на мутантные органоиды. Это еще один способ использовать мини-мозги в научных исследованиях в будущем.
Органоиды с легкостью растут в лаборатории более шести месяцев и могут быть размножены, а это значит, что ученые смогут повторять свои эксперименты на подобных органоидах для повышения достоверности результатов. Ткани, используемые для выращивания органоидов, не бесконечный ресурс, поэтому важно использовать их по максимуму.
Фетальные ткани, использованные в исследовании, были пожертвованы людьми, прервавшими беременность на сроке от 12 до 15 недель. Доноры сохраняли полную анонимность и давали полное согласие на использование тканей в исследованиях по развитию органов.
Команда надеется продолжить изучение потенциала мини-мозгов. Они также работали с биоэтиками и намерены продолжить это сотрудничество, чтобы определить будущее исследований в этой области.
"Возможность продолжать выращивать и использовать органоиды мозга из фетальной ткани также означает, что мы можем узнать как можно больше из такого ценного материала", — говорит руководитель исследования доктор Делайла Хендрикс. "Мы с нетерпением ждем возможности использовать эти новые тканевые органоиды для новых открытий в области человеческого мозга".
Исследование опубликовано в журнале Cell.
