Американські дослідники вживили органоїди людського мозку в мозок новонароджених пацюків. Завдяки цьому людські тканини успішно інтегрувалися, сформувавши функціональні зв'язки з тваринними, включно з можливістю органоїдів модулювати активність пацючих клітин, впливаючи цим на їхню поведінку. Дослідження опублікували у журналі Nature.
Пацючий мозок із інтегрованим у нього органоїдом людського мозку (підсвічений). Stanford University
Навіщо вживляти людські клітини у пацючий мозок?
Навіть психічні захворювання мають біологічні основи, часто у роботі мозку, впливаючи на які можна було б краще контролювати чи й вилікувати недугу. Але виявлення цих причин сильно утруднене через обмеженість дослідження мозку живих пацієнтів. Тому розвиток хвороб вивчають на тваринах, що не завжди виправдано, оскільки деякі захворювання не зустрічаються в піддослідних тварин.
Інший підхід полягає у вирощуванні органоїдів людського мозку — крихітних структур із самоорганізованих у тканини мозку клітин, що функціонують як справжній орган, але є лише спрощеними й відокремленими від решти організму його версіями, що не дає змогу побачити цілісної картини (дізнатися про органоїди більше можна з нашого матеріалу «Мізки в чашці Петрі»). Особливо у тих випадках, коли важливим аспектом психічного розладу є поведінкові прояви.
Група вчених Стенфордського університету подумала, що досягти кращих результатів можна, якщо поєднати два методи вивчення. Так виникла ідея вживити людські органоїди мозку до мозку живих піддослідних пацюків. Але вона нова лише частково. Раніше схоже вже проводили з дорослими пацюками, у яких могла бути недостатня інтеграція людських і тваринних мозкових структур, а тепер вчені перевірили, чи покращаться результати з допомогою дитинчат пацюків.
Як трансплантували людські клітини цього разу і як це змінило тварин?
Щоб людські органоїди максимально інтегрувалися з мозковими тканинами пацюків, трансплантацію провели тваринам на ранньому етапі розвитку: на 3-7 день від народження, коли їхній мозок ще активно розвивається. За два-три місяці у більш ніж 81 відсотка тварин успішно виявили людські органоїди в корі головного мозку, які за цей час збільшилися у дев'ять разів. До восьми місяців органоїди все ще розвивалися й зріли в складі пацючого мозку. Виживаність тварин при цьому не сильно постраждала і через 12 місяців після трансплантації (тобто у дорослому віці) складала 74 відсотки без явних порушень у рухливості, пам'яті та без ознак патологій на електроенцефалограмі.
Коли дослідники використали для пересадки органоїди з клітинами від людей, хворих на синдром Тімоті, важку генетичну хворобу, у тварин вдалося відтворити структурні зміни мозку, властиві людям із цією хворобою.
На те, що органоїд успішно інтегрувався вказали й поведінкові досліди. Під час них органоїди були генетично модифіковані таким чином, щоб їхні нейрони активувалися при дії синього світла, а пацюки тренувалися облизуватися, щоб отримати у винагороду воду. Зрештою, при впливі синього світла на мозковий органоїд ці тварини стали суттєво частіше облизуватися, ніж контрольні, вказуючи на активацію системи винагород. А це означає, що нейрони органоїдів людського мозку здатні впливати на активність пацючих нейронів і поведінку тварин. Такі химерні тварини можуть допомогти у дослідженні розвитку психічних і неврологічних розладів, а також у тестуванні потенційних ліків.