Длительное время лаборатории по всему миру сталкивались с серьезным ограничением: созданные мини-органоиды имитировали лишь самые ранние стадии формирования тканей и обычно погибали уже через несколько месяцев. Но команде под руководством Паолы Арлотты удалось изменить эту ситуацию. Ученые проследили путь развития 34 органоидов на протяжении пяти лет и обнаружили, что экспрессия генов в них удивительно точно совпадает с динамикой реального мозга человека. Работа опубликована в журнале Nature.
Выращенный в лаборатории 5-летний органоид приобрел черты мозга новорожденного
Исследователи из Гарвардского университета добились рекордного срока жизни органоида мозга, созданного в лаборатории. Выращенные из стволовых клеток органоиды не просто просуществовали более пяти лет, но и продолжали непрерывно развиваться, точно воспроизводя естественные этапы созревания человеческого мозга. Эта работа открывает новые возможности для изучения тяжелых психических расстройств.
Органоиды мозга, выращенные в лаборатории из клеток человека, созрели и приобрели признаки, схожие с теми, что наблюдаются в мозге плода и новорожденного. Irene Faravelli and Noelia Antón-Bolaños
Органоиды мозга. Лабораторные органоиды мозга уже способны к базовому взаимодействию с внешним миром. В 2022 году ученые из проекта DishBrain научили культуру из 800 тысяч живых нейронов играть в классическую видеоигру Pong. Подавая на электродную платформу электрические сигналы о положении мяча, исследователи добились того, что нейронная сеть за пять минут самостоятельно научилась виртуально отбивать его ракеткой.
В первые месяцы органоиды соответствуют формированию ткани в первом и втором триместрах беременности, к концу первого года повторяют структуры мозга новорожденного, а со временем демонстрируют даже такие поздние процессы, как миелинизация нервных волокон.
Как отметила соавтор работы Паола Арлотта: «После анализа органоидов мы поняли, что они не просто выживали в течение пяти лет, а продолжали меняться, развиваться и созревать с течением времени». Успеху эксперимента способствовало существенное улучшение питательной среды, обеспечившее выживаемость нейронов и формирование сложных нейронных связей.
Клеточная память
Органоиды коры головного мозга проходят процесс постепенного созревания в ходе длительного культивирования.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
В ходе исследования биологам удалось совершить еще одно важнейшее открытие: клетки органоидов сохраняют молекулярную память о своем возрасте и выполняемых функциях. Чтобы проверить это, авторы эксперимента смешали «старые» клетки из органоидов возрастом от 9 до 12 месяцев с «молодыми», выращенными всего за 15 дней.
Поместив эту смесь в общую среду еще на две недели, ученые увидели, что молодые клетки продолжили формировать нейроны, характерные для начальных стадий развития, в то время как зрелые клетки продолжили производить структуры, соответствующие более поздним этапам. Наличие подобной биологической памяти позволяет исследователям «консервировать» клетки на определенных стадиях зрелости, не создавая их каждый раз заново. В ближайших планах команды — выращивание органоидов из стволовых клеток людей с аутизмом и шизофренией для испытания лекарств, а также попытки подключить к мини-мозгу сенсорные сигналы, имитирующие зрение, слух и осязание.
Загружаем