Изследването на развитието на човешкия мозък има едно сериозно ограничение – живата мозъчна тъкан е практически недостъпна за експерименти. Научната общност отдавна търси решение за това ограничение и сега учени от Stanford разработиха необичаен модел, който може да предостави нови възможности за изучаване на неврологични заболявания.
За целта те интегрираха човешка мозъчна тъкан в мозъка на живи мишки. Три месеца след трансплантацията над 90% от обема на кортикалната тъкан в мозъка на експерименталните животни е с човешки произход. Според резултатите тя не просто оцелява, а ефективно се свързва с кръвоносната и нервната им система и образува функциониращи невронни мрежи.
Изследването е публикувано на 16 септември в научното списание Nature, а новият метод е наречен xenocortication – ксенокортикация.
Как се създава подобен модел?
Първоначално учените генетично модифицират мишките така, че по-голямата част от собствената им мозъчна кора и хипокампусът да не се развият нормално. Това осигурява нужното пространство за развитието на човешката тъкан.
Два дни след раждането в мозъците им са трансплантирани човешки кортикални органоиди – малки триизмерни структури от нервни клетки, създадени от човешки стволови клетки.
Полученият резултат е много повече от механично присъствие на човешки клетки в организма на животното. Само за три месеца трансплантираната тъкан увеличава обема си около пет пъти, изгражда връзки с кръвоносните съдове и нервната система на мишката, а човешките неврони изпращат нервни проекции дори към гръбначния мозък.
Измерванията показват, че човешките нервни клетки не просто оцеляват в мозъка на мишките, а започват да функционират и да обменят сигнали помежду си.
Това обаче не означава, че учените са създали мишка с „човешки мозък“. Части от мозъка на животното остават миши, а човешката тъкан е развиваща се кортикална тъкан, а не зрял човешки мозък.
Каква е целта?
Човешкият мозък остава един от най-трудните органи за изследване. Днес учените могат да отглеждат неврони в лаборатория, но там липсват много от условията на живия организъм – кръвообращение, взаимодействие с други нервни структури и възможност да се наблюдава как промените в клетките се отразяват на поведението.
Чрез новия модел човешките нервни клетки могат да се развиват в жива биологична среда. Това може да подобри разбирането ни за развитието на човешкия мозък, механизмите зад различни неврологични заболявания, а в бъдеще да помогне за разработването на потенциални терапии.
Един от първите експерименти вече показва възможностите на технологията. Учените поставят част от животните в среда с едва 5% кислород в продължение на пет часа. Целта е да се проследи как човешката нервна тъкан реагира на тежка хипоксия.
Недостигът на кислород е особено опасен за развиващия се мозък. Ако възникне около раждането, той може да доведе до сериозни неврологични увреждания и се свързва с риск от развитие на церебрална парализа.
След експеримента учените установяват ясно изразена реакция на човешката мозъчна тъкан към недостига на кислород. При животните се появяват и нарушения в походката и поддържането на равновесие. Така учените могат да проследят как човешката мозъчна тъкан реагира на подобно увреждане в условията на жив организъм.
Новият модел може да помогне и при изследването на други неврологични заболявания и нарушения в развитието на мозъка. Засега обаче технологията е изследователски инструмент, а не метод за лечение.
Изненадваща поява на рядък тип клетки
Развитието на човешката тъкан в мишия мозък води и до една неочаквана находка. Учените откриват в нея клетки с характеристики на т.нар. неврони на фон Економо – рядък тип нервни клетки, които представляват особен интерес за невронауката и са засегнати при някои форми на фронтотемпорална деменция.
При стандартните лабораторни модели е много трудно тези клетки да бъдат възпроизведени. Появата им в мозъка на мишките показва колко голямо значение има средата, в която човешките неврони се развиват.
Човешката мозъчна тъкан продължава да се развива и след трансплантацията. Анализите показват, че постепенно придобива характеристики, сходни с тези на развиващата се човешка мозъчна кора през средните и по-късните етапи на втория триместър.
Къде е границата?
Фактът, че човешките мозъчни клетки могат да се интегрират толкова добре в организма на животно, поставя друг важен въпрос – докъде могат да стигнат подобни експерименти?
Изследването не показва животните да са придобили необичайно развити когнитивни способности. При поведенческите тестове представянето им като цяло остава сходно с това на нормалните мишки, макар да са наблюдавани определени разлики в координацията и спонтанното поведение.
Работата се извършва под етичен надзор, а развитието на подобни модели неизбежно поставя въпроси за благосъстоянието на животните и за границите при интегрирането на човешки нервни клетки в други организми.
Технологията все още е в начален етап на развитие, но подобни модели могат да дадат нови възможности за изучаването на редица неврологични и невроразвитийни състояния – от епилепсия и аутизъм до церебрална парализа.
Източници: Nature, Stanford Medicine
