В Университете Стэнфорда в США команда ученых наблюдает около двадцати мышей, которые, хотя на первый взгляд кажутся нормальными, содержат в своих мозгах экстраординарный элемент: миллионы человеческих нейронов.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает, как нейробиологи провели трансплантацию человеческих мозговых клеток в мозг мышей, заполняя незаполненные области нервной системы. Эта процедура создает новую экспериментальную модель, которая может помочь в выявлении причин или разработке методов лечения нейропсихиатрических расстройств, таких как некоторые виды деменции или церебральный паралич.
Эта работа знаменует собой значительный прогресс в усилиях по воссозданию человеческого мозга вне тела. Анализ живых нейронов был постоянной проблемой в этой области исследований на протяжении нескольких десятилетий.
Альтернатива появилась в начале 2010-х годов с разработкой структур, называемых органоидами. Вместо прямого изучения человеческого органа исследователи смогли культивировать в лаборатории меньшие и упрощенные версии тканей организма. Например, из клеток кожи можно получить различные мозговые органоиды, имитирующие определенные функции и характеристики настоящего мозга.
Однако эти реплики имеют ограничения, поскольку им не хватает кровеносных сосудов и они слишком малы. Сергиу Паска, один из исследователей, ответственных за открытие органоидов и нынешний координатор исследования с мышами, заявил в заявлении, что невозможно изучать сложные человеческие поведенческие реакции внутри чашки клеточной культуры.
Попытка преодолеть это ограничение произошла в 2018 году, когда ученые имплантировали мозговые органоиды в мозг мышей. Позже, в исследовании 2022 года, эти клетки были пересажены в зрительный центр животных, что продемонстрировало, что как нейроны мышей, так и человеческие реагируют на свет.
Недавно, в 2024 году, другое исследование под руководством Паски изучало синдром Тимоти — редкое генетическое состояние, связанное с эпилепсией и тяжелым аутизмом, используя органоиды в молодых мышах. Этот метод позволил команде оценить эффективность антисмысловых олигонуклеотидов, специфического типа лекарства, против этого расстройства.
Хотя эксперимент 2024 года схож с последним, он использовал более базовую трансплантацию, помещая человеческие мозговые клетки рядом с мозговой тканью молодых грызунов, которые уже активно развивались, вынуждая человеческие органоиды конкурировать за пространство.
В текущем эксперименте исследователи использовали генетически модифицированных мышей, у которых не развилась кора — внешний слой мозга, отвечающий за когнитивные функции, память и принятие решений, который непропорционально велик у людей для поддержки сложного языка и мышления. В этом месте, внутри черепной полости, было пустое пространство, заполненное спинномозговой жидкостью.
Операция по введению человеческих клеток была проведена через несколько дней после рождения мышей, когда первичные мозговые связи уже были установлены. В этой отсутствующей корковой области были введены сотни тысяч человеческих клеток. Без конкуренции они быстро размножились; за два-три месяца их количество почти увеличилось в пять раз, достигнув около 4 миллионов и заняв более 90% пространства, ранее занимаемого жидкостью.
Эти человеческие клетки, все еще незрелые (сравнимые с клетками плода на третьем триместре беременности), активировались и сформировали связи по мере жизни мыши. Кроме того, человеческая ткань смогла создать специализированный тип нейрона, связанный с социальной когницией, — веретенообразные нейроны, которые никогда ранее не создавались в лаборатории. Эти нейроны являются первыми клетками, которые погибают при лобно-височной деменции.
Модифицированные мыши не показали видимых различий по сравнению с обычными мышами ни в движениях, ни в выполнении когнитивных и мнемонических задач. Однако исключение было замечено при подвергании обоих типов мышей условиям низкой оксигенации. В то время как у человеческих младенцев такое лишение может вызвать серьезные повреждения коры, приводя к церебральному параличу, у мышей этого не происходит; однако мыши с человеческими мозговыми клетками продемонстрировали симптомы, аналогичные симптомам лиц с церебральным параличом.