Вчені виростили органоїд цілого мозку з кровоносними судинами

Науковці з Університету Джонса Гопкінса досягли значного прориву в галузі біомедичних досліджень, виростивши новий тип органоїда цілого мозку з нервовими тканинами та зачатковими кровоносними судинами. Це досягнення може відкрити нову еру досліджень нейропсихіатричних розладів, таких як аутизм.

«Ми створили наступне покоління органоїдів мозку», — каже провідний автор дослідження Енні Катурія, доцент кафедри біомедичної інженерії Університету Джонса Гопкінса, яка вивчає розвиток мозку та нейропсихіатричні розлади. «Більшість органоїдів мозку, які ви бачите в наукових статтях, представляють одну область мозку, наприклад кору, задній мозок або середній мозок. Ми виростили зачатковий органоїд цілого мозку, який ми називаємо багаторегіональним органоїдом мозку».

Дослідження, опубліковані в журналі Advanced Science, знаменують один з перших випадків, коли вченим вдалося створити органоїд з тканинами з кожної області мозку, які з'єднані та діють узгоджено. Наявність моделі мозку на основі людських клітин відкриє можливості для вивчення шизофренії, аутизму та інших неврологічних захворювань, які впливають на весь мозок — робота, яка зазвичай проводиться на тваринних моделях.

Для створення органоїда цілого мозку Катурія та члени її команди спочатку виростили нервові клітини з окремих областей мозку та зачаткові форми кровоносних судин у окремих лабораторних чашках. Потім дослідники склеїли окремі частини за допомогою липких білків, які діють як біологічний суперклей, і дозволили тканинам утворювати з'єднання. Коли тканини почали зростатися разом, вони почали виробляти електричну активність і реагувати як мережа.

Багаторегіональний міні-органоїд мозку зберіг широкий спектр типів нейронних клітин з характеристиками, що нагадують мозок 40-денного людського плода. Близько 80 відсотків спектру типів клітин, які зазвичай спостерігаються на ранніх стадіях розвитку людського мозку, були однаково представлені в лабораторно створених мініатюрних мозках.

Набагато менші порівняно з справжнім мозком — з 6−7 мільйонами нейронів порівняно з десятками мільярдів у дорослих мозках — ці органоїди забезпечують унікальну платформу для вивчення розвитку цілого мозку.

Дослідники також спостерігали створення раннього формування гематоенцефалічного бар'єру — шару клітин, які оточують мозок і контролюють, які молекули можуть проходити крізь нього.

«Нам потрібно вивчати моделі з людськими клітинами, якщо ви хочете зрозуміти нейророзвиткові розлади або нейропсихіатричні розлади, але я не можу попросити людину дозволити мені зазирнути в її мозок просто для вивчення аутизму», — каже Катурія. «Органоїди цілого мозку дозволяють нам спостерігати за розвитком розладів у реальному часі, бачити, чи працюють лікування, і навіть адаптувати терапії до окремих пацієнтів».

Використання органоїдів цілого мозку для тестування експериментальних ліків також може допомогти підвищити рівень успіху клінічних випробувань, кажуть дослідники. Приблизно 85−90 відсотків ліків зазнають невдачі під час клінічних випробувань першої фази. Для нейропсихіатричних препаратів рівень невдач наближається до 96 відсотків. Це пояснюється тим, що вчені переважно вивчають тваринні моделі на ранніх стадіях розробки ліків. Органоїди цілого мозку більш точно нагадують природний розвиток людського мозку і, ймовірно, стануть кращими об'єктами для тестування.

«Такі захворювання, як шизофренія, аутизм та хвороба Альцгеймера, впливають на весь мозок, а не лише на одну його частину. Якщо ви можете зрозуміти, що йде не так на ранній стадії розвитку, ми можемо знайти нові цілі для скринінгу ліків», — каже Катурія. «Ми можемо тестувати нові ліки або лікування на органоїдах і визначати, чи справді вони впливають на органоїди».