Ученые вырастили лабораторные органоиды мозга и обнаружили у них биологические часы
Исследователи из Гарвардского университета вырастили из стволовых клеток ткани мозга, поддерживая их активность в течение шести лет. Результаты выявили наличие внутренних «биологических часов» в нервных клетках, что открывает новые возможности для изучения аутизма и шизофрении.
Как исследовать человеческий мозг на протяжении многих лет, не причиняя вреда живому человеку? До недавнего времени этот вопрос оставался одной из величайших загадок науки. Группа исследователей из Гарвардского университета представила прорыв: ученые использовали человеческие стволовые клетки, способные трансформироваться в любую ткань организма, и вырастили из них крошечные трехмерные структуры — органоиды. Специалистам удалось поддерживать жизнеспособность и активность этих «мини-мозгов» в течение почти шести лет, тогда как предыдущие модели выживали лишь несколько месяцев.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, показали, что ткани не только выжили, но и продолжали развиваться естественным образом: клетки формировали синапсы и генерировали непрерывную электрическую активность на протяжении двух лет.
Одним из ключевых открытий стало то, что клетки продолжают «отсчитывать время». Анализ молекулярных маркеров биологического возраста выявил почти идеальное соответствие: пятилетний органоид демонстрировал генетические характеристики мозга четырехлетнего ребенка.
«Клетки фиксировали течение времени в активности своих генов», — пояснила профессор Паола Арлотта, возглавлявшая исследование.
Для продления жизни тканей команда разработала специальную питательную среду, поддерживающую электрическую активность, что стало своеобразной «физической тренировкой» для клеток.
Внутренние часы клеток
В ходе эксперимента ученые обнаружили у клеток внутренний «компас развития». При смешивании молодых и старых клеток в одном органоиде происходило ускорение процессов: молодые клетки стимулировали старые к созданию новых нейронов. В свою очередь, старые клетки сокращали циклы созревания до двух недель вместо обычных двух месяцев. Это доказывает, что клетки точно распознают свое положение на временной шкале.
Поскольку развитие человеческого мозга — процесс, длящийся около 20 лет, эксперименты на лабораторных животных не дают точной картины. Новая модель впервые позволяет детально изучить развитие мозга на протяжении многих лет.
«Эти модели дают нам редкую возможность глубоко понять, как такие состояния, как аутизм и шизофрения, возникают и развиваются на более поздних этапах жизни», — отметила доктор Андреа Беккель-Митченер из Национального института психического здоровья США (NIH).
В научном сообществе подчеркивают, что данные ткани не являются мыслящим мозгом: они крайне просты, не имеют сенсорного ввода, кровеносных сосудов и не обладают сознанием. Исследование проводилось под строгим этическим контролем Гарвардского университета в соответствии с международными стандартами.
