Гибридный мозг начал функционировать

Крошечные «органоиды» человеческого мозга в чаше Петри. Фото Дэвида БайоКрошечные «органоиды» человеческого мозга в чаше Петри. Фото Дэвида Байо

Впервые зафиксировано, что миниатюрный человеческий мозг, выращенный из стволовых клеток и имплантированный живым мышам, реагирует на то, что видят животные. Ученые наблюдали реакцию в режиме реального времени благодаря специальным графеновым электродам.

Сама технология выглядит следующим образом: ученые нашли способ вернуть взрослые клетки кожи в состояние стволовых клеток, которое затем можно перепрограммировать в любой другой тип клеток в организме. Эти клетки получили название — индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Их же можно использовать для создания крошечных, но функционирующих версий органов, называемых органоидами. 

Органоиды — это фактически трехмерные естественные аналоги реальных органов. Их можно использовать для моделирования развития, болезней и реакции на лекарства, и ответ будет более точными, чем использование плоских культур клеток в лабораторной пробирке. За последние годы ученым удалось вырастить модели мозга, сердца, легких, печени, почек, желудка , глаз , поджелудочной железы и даже кровеносных сосудов и волосяных фолликулов .

Не так давно команда из Стэнфорда впервые имплантировала органоиды человеческого мозга крысам и обнаружила, что человеческие клетки образуют связи с нейронами крыс. В новом исследовании ученые из Калифорнийского университета (UC) в Сан-Диего на основе этой работы показали, что органоиды человеческого мозга, имплантированные мышам, способны реагировать на раздражители.

Зафиксировать активность ранее было сложно, потому что она длилась всего несколько миллисекунд, а существующие решения с трудом фиксируют такие промежутки. Поэтому команда Калифорнийского университета в Сан-Диего объединила два экспериментальных метода для визуализации клеток мозга.

Во-первых, они поместили массив прозрачных графеновых электродов поверх трансплантированных органоидов. Эти устройства позволили команде записывать электрическую нейронную активность, происходящую как в клетках человеческого мозга, так и в окружающей мозговой ткани мыши. Затем они использовали двухфотонную микроскопию и обнаружили, что кровеносные сосуды мышей вросли в человеческие органоиды, снабжая их кислородом и питательными веществами.

Графеновые электроды позволяют ученым измерять электрическую активность в органоидах человеческого мозга и окружающей мозговой ткани мыши. Фото Дэвида БайоГрафеновые электроды позволяют ученым измерять электрическую активность в органоидах человеческого мозга и окружающей мозговой ткани мыши. Фото Дэвида Байо

Через три недели после имплантации исследователи провели эксперименты, в ходе которых перед мышами зажигали белый свет и наблюдали за реакцией клеток мозга. Графеновые электроды показали явные признаки электрических всплесков, распространяющихся от зрительной коры. Это доказывает, что человеческие органоиды установили синаптические связи с окружающей тканью мозга мыши. В течение 11 недель последующих экспериментов команда показала, что имплантаты все больше функционально интегрируются в хозяина.

Ни в одном другом исследовании не удавалось записывать одновременно оптические и электрические сигналы. Наши эксперименты показывают, что визуальные стимулы вызывают электрофизиологические реакции в органоидах, соответствующие реакциям окружающей коры.

Мэдисон Уилсон, соавтор исследования.

Ученые планируют использовать симбиотов для моделирования прогресса неврологических заболеваний, что в конечном итоге может помочь открыть новые потенциальные методы лечения.

© Habrahabr.ru