Ученые из Университета штата Огайо (США) вырастили практически полноценный эквивалент человеческого мозга с размером и структурным развитием пятинедельного плода. Самая сложная на данный момент модель человеческого головного мозга, или «органоид мозга», как его называют ученые, была создана в лабораторных условиях благодаря биоинженерии и использованию взрослых клеток человеческой кожи.

Выращенная в лаборатории модель мозга является результатом работы и четырехлетних исследований Рене Ананда, профессора биохимии и фармакологии в Университете штата Огайо, а также Сьюзан Маккей, научного сотрудника кафедры биохимии и фармакологии. Задачей ученых был поиск более подходящей альтернативы мозгу лабораторных грызунов для будущих научных исследований.

Полученный органоид мозга представляет собой не только более удобную модель исследования для ученых, но и позволяет им избежать различные этические сложности, которые могут встретиться на пути исследования настоящей мозговой ткани.

Создание органоида мозга началось с использования взрослых клеток кожи, которых заставили трансформироваться в плюрипотентные клетки (эмбриональные стволовые клетки, способные к трансформации в любой другой тип клеток организма). Полученные клетки, помещенные в специальную среду, имитирующую внутриутробное состояние, использовали для создания определенного типа тканей, а затем и целого органа.

В данном случае патентованный метод Ананд позволил за 12 недель вырастить модель мозга размером примерно с карандашный ластик, со структурой и 99% генов, свойственными обычному человеческому мозгу 5-недельного развития.

«Если мы позволим ему вырасти до состояния 16 или 20 недель, то мы сможем получить полностью готовую копию без этого одного недостающего процента генов», — говорит Ананд.

Более продвинутый, чем предыдущие модели, этот органоид имеет все основные отделы настоящего мозга, спинной отросток, множество различных типов клеток и некоторые отделы зрительной системы, но не имеет сосудистой системы, поэтому его потенциал роста все же ограничен. Тем не менее в нем присутствуют аксоны, дендриты, астроциты, олигодендроциты и микроглии, и он может передать химические сигналы через свою структуру, как это может делать настоящий мозг.

Ученые говорит, что подобное органическое моделирование не только помогает в избегании различных этических проволочек, но и имеет потенциал в обеспечении более быстрой и более точной проверки лекарственных средств, а также является отличной платформой для более продвинутых исследований генетических и экологических причин расстройств центральной нервной системы.

«В вопросах расстройств центральной нервной системы эта модель поможет в изучении генетических предрасположенностей или исключительного, или комбинированного, воздействия окружающей среды на развитие заболеваний», — отмечает Ананд.

«Генетика смогла определить около 600 генов, которые могут стать причиной аутизма, но на этом мы и застряли. Математические соотношения и статистические методы недостаточны для определения причинно-следственных связей. Вам необходима экспериментальная система. Вам необходим человеческий мозг».

К этому моменту Ананд и Маккей на основе органоида уже создали несколько моделей аутизма, а также болезней Альцгеймера и Паркинсона. Дальнейшее развитие, а также добавление кровеносной системы, возможно, позволит создать платформу, которая поможет в изучении инсультов. Кроме того, на базе органоидов можно будет глубже изучать состояния травматического повреждения мозга и посттравматического стресса.

Команда ученых также надеется, что их органоид станет частью программы DARPA Microphysiological Systems, в которой используется подвергшаяся генной инженерии человеческая ткань для имитации физиологических систем человека.