Новый ключ к тайнам мозга: как 3D-модель из 7 миллионов нейронов проливает свет на болезни Альцгеймера и аутизм

Ученые из Университета Джонса Хопкинса совершили прорыв в области нейронаук, создав новую 3D-модель человеческого мозга — многорегиональный органоид мозга (MRBO). Эта инновационная разработка представляет собой важный шаг вперед в изучении мозга, одного из самых сложных и малоизученных органов человека. Органоид имитирует сразу несколько областей мозга и их взаимодействие, открывая новые возможности для исследований. Результаты этого революционного исследования были опубликованы в журнале Advanced Science.

Органоиды — это миниатюрные версии органов, выращенные из стволовых клеток в лабораторных условиях, в чашках Петри. Они позволяют ученым исследовать работу органов и изучать различные заболевания без необходимости проводить эксперименты на живых людях. Для изучения мозга, учитывая его сложность и хрупкость, это особенно важно.

"Большинство органоидов мозга — это модели отдельных областей, таких как кора или задний мозг", — объясняет биомедицинский инженер Энни Катурия, ведущий исследователь проекта.

"Мы создали органоид, который сочетает в себе несколько областей мозга и их взаимодействие — это модель следующего поколения мозговых органоидов", — подчеркнула Катурия.

Для создания многорегионального органоида мозга ученые взяли клетки кожи или крови человека и превратили их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Эти "универсальные" клетки обладают способностью превращаться в любые клетки организма, что стало основой для создания органоида.

Этапы выращивания: формирование и объединение областей мозга

Затем эти стволовые клетки выращивали отдельно, формируя различные области мозга, такие как кора, гиппокамп и другие. После формирования, эти области были объединены с помощью специальных белков, которые действуют как "клей", соединяя ткани и позволяя им работать вместе, имитируя взаимодействие между различными областями реального мозга.

В результате получился органоид размером с каплю, содержащий около 6-7 миллионов нейронов. Это значительно меньше, чем в полном мозге человека, который содержит десятки миллиардов нейронов, но, тем не менее, достаточно для моделирования сложных взаимодействий между различными областями.

Одним из важных открытий, сделанных учеными, стала способность связанного органоида формировать кровеносные сосуды, а также признаки развития гематоэнцефалического барьера — мембраны, защищающей мозг от вредных веществ, что делает модель еще более реалистичной.

Экспрессия генов: подтверждение многофункциональности

Также ученые обнаружили экспрессию генов, характерных для разных областей мозга, что подтверждает многофункциональность органоида и его способность имитировать работу различных отделов головного мозга.

"Это новая платформа для изучения работы мозга, которая позволит лучше понять развитие нервной системы и болезни, связанные с ее разрушением, такие как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера. Эти заболевания поражают весь мозг, а не только отдельные его части, поэтому комплексная модель особенно важна для поиска новых методов лечения", — отмечает Энни Катурия.

Органоиды открывают возможность тестировать различные лекарства и методы лечения, позволяя понять, как они влияют на разные части мозга в условиях, максимально приближенных к реальным, что может значительно ускорить процесс разработки новых терапевтических подходов.

Интересные факты о мозге:

• Мозг человека состоит примерно из 86 миллиардов нейронов.
• Мозг использует около 20% всей энергии, потребляемой организмом.
• Мозг человека может генерировать около 23 ватт энергии — достаточно для работы лампочки.
• Вес мозга составляет около 2% от общей массы тела.

Создание многорегионального органоида мозга является прорывом в области нейронаук, открывающим новые возможности для изучения работы мозга и различных заболеваний, таких как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера. Эта инновационная разработка позволит более эффективно тестировать лекарства и методы лечения, что может привести к разработке новых терапевтических подходов.