Новосибирские ученые выращивают мини-мозги для исследований

Ученые новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН выращивают в своих лабораториях мини-мозги для экспериментов по изучению генов, которые не работают у некоторых людей с умственной отсталостью. Мозг живого человека для этого не подходит, так как он надежно заперт в черепной коробке.

Как рассказала младший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН Татьяна Шнайдер изданию «Наука в Сибири», искусственные мозги называются церебральными 3D-органоидами. Живут они около 3 месяцев и вырастают примерно до 5 миллиметров — при этом развиваются мини-мозги точно так же, как мозг человеческого эмбриона.

Уже около года новосибирские ученые культивируют мини-мозги и изучают с их помощью влияние на развитие головного мозга гена CNTN6 — они полагают, что «поломка» гена проявляется еще на эмбриональной стадии. А значит умственную отсталость можно будет выявлять при пренатальном скрининге.

«Мы, по сути, моделируем болезнь в лабораторных условиях. К этому пришли не сразу. Сначала пытались работать с однослойными структурами из выращенных нейронов: это относительно простая по сегодняшним меркам процедура, но насколько такие клетки соответствуют настоящим нейронам, не ясно. Затем трансплантировали человеческие клетки в головной мозг эмбрионов мышей, но всё это не дало нужного результата», — рассказала генетик.

После череды неудач ученые приступили к созданию мини-мозгов и в течение нескольких месяцев подобрали нужные условия для роста церебральных органоидов. Сейчас технология успешно работает.

Для создания мини-мозгов ученые берут небольшой образец верхних слоев кожи у пациентов с поврежденным геном CNTN6. Из соединительной ткани клеток кожи выделяют отдельные клетки — фибробласты — и пересаживают их расти и делиться в чашку Петри.

Когда клетки размножатся, ученые приступают к их программированию: специальные вирусы доставляют в фибробласты белки, которые запускают процесс их превращения в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Из этих клеток можно получить совершенно любой тип клеток, чем ученые и пользуются. Получившиеся стволовые клетки скатывают в шарики, после чего они начинают специализироваться, превращаясь в три зародышевых листка (эктодерму, энтодерму и мезодерму), как у настоящего эмбриона.

Ученых интересуют эктодерма — из нее образуются нейроны, а потом формируется нервная система, в том числе и головной мозг. Такие мини-мозги можно модифицировать — например, если сдавливать их с двух сторон стеклышками, то у них формируется некое подобие извилин.

По мнению Татьяны Шнайдер, такие мини-мозги вряд ли могут мыслить, зато их важность в исследованиях сложно переоценить.

«Мы мало что знаем, а точнее, практически ничего не знаем о внутриутробном мыслительном процессе человека. У нас нет инструментов, позволяющих проверить, мыслят ли органоиды. Из того, что доступно сегодня, — это померить электрофизиологические параметры нейронов. Недавно вышел препринт статьи зарубежных ученых про похожесть энцефалограммы мини-мозгов и недоношенных детей, но сделать из этих результатов какие-то выводы невозможно. Органов “выражения мыслей” у органоидов нет: написать, нарисовать или сказать они не могут. Но главное, в процесс мышления вовлечены несколько отделов мозга, а органоид обычно представляет собой только один отдел», — считает генетик.

Фото: Татьяна Шнайдер, Александра Федосеева