Органоиды, похожие на мозг, помогают раскрыть причины аутизма на молекулярном уровне
Ученые из Университета Юты (США) вырастили в лаборатории органоид, напоминающий извилину головного мозга, который образуется предсказуемым образом (его можно воспроизвести).
Органоид позволяет выявить различия, которые могут способствовать развитию аутизма, сообщает EurekAlert!. Исследование, описывающее органоиды и их потенциал для понимания нервных заболеваний, опубликовано в Nature Communications (Wang et al., Modeling human telencephalic development and autism-associated SHANK3 deficiency using organoids generated from single neural rosettes).
Создавая модель мозга, исследователи превратили человеческие стволовые клетки в нейроэпителиальные клетки – особый тип стволовых клеток, которые образуют самоорганизующиеся структуры. В течение нескольких месяцев эти структуры объединялись в сферы и увеличивались в размерах и усложнялись примерно с такой же скоростью, как в развивающемся мозге растущего плода.
Через пять месяцев в лаборатории органоиды напоминали «одну извилину человеческого мозга» через 15–19 недель после зачатия. Структуры содержали множество нервных и других типов клеток, обнаруженных в коре головного мозга – самом внешнем слое мозга, участвующем в речи, эмоциях, рассуждениях и других высших психических процессах.
Органоиды самоорганизовались предсказуемым образом, образуя нейронные сети, которые генерировали разнообразные электрические сигналы, характерные для различных типов зрелых клеток мозга.
Эти органоиды, более достоверно отражающие сложные структуры коры, позволят ученым изучить, как возникают определенные типы клеток в мозге и работают вместе для выполнения более сложных функций.
Команда использовала инновационный процесс для изучения последствий генетической аномалии, связанной с расстройством аутистического спектра, и развитием человеческого мозга. Они обнаружили, что органоиды, спроектированные так, чтобы у них были более низкие уровни экспрессии гена SHANK3, имели определенные особенности.
Несмотря на то, что органоиды выглядели нормальными, некоторые их клетки не функционировали должным образом. Нейроны оказались гиперактивными, они чаще возбуждались в ответ на раздражители. Другие признаки указывают на то, что нейроны могут неэффективно передавать сигналы другим нейронам. Были нарушены специфические молекулярные пути, которые заставляют клетки прилипать друг к другу.
Эти результаты помогают раскрыть на клеточном и молекулярном уровне причины симптомов, связанных с аутизмом, говорят авторы. Они также демонстрируют, что выращенные в лаборатории органоиды будут полезны для лучшего понимания мозга, того, как он развивается, и что идет не так во время болезни.
«Одна из целей — использовать органоиды мозга для тестирования лекарств или других вмешательств, направленных на устранение или лечение расстройств», — говорят авторы работы.
Татьяна Матвеева «Научная Россия»
Портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru
