Исследования развития человеческого мозга с использованием человеческих клеток в чашке для культивирования до сих пор были очень ограниченными: клетки в чашке вырастают плоскими, поэтому они не имеют трехмерной структуры. В качестве альтернативы доступны модельные организмы, например мыши. Однако человеческий мозг имеет гораздо более сложную структуру.
Таким образом, нарушения развития человеческого мозга можно лишь в ограниченной степени напоминать на животной модели.Ученые из Института реконструктивной нейробиологии Боннского университета применили недавнюю разработку в области исследования стволовых клеток, чтобы преодолеть это ограничение: они вырастили трехмерные органоиды в чашке для культивирования клеток, структура которой невероятно похожа на структуру человеческого мозга. . Эти «мини-мозги» позволяют понять процессы, с помощью которых отдельные нервные клетки организуются в наши очень сложные ткани. «Таким образом, этот метод открывает совершенно новые возможности для исследования нарушений в архитектуре развивающегося человеческого мозга», — объясняет доктор Джулия Ладевиг, возглавляющая рабочую группу по развитию мозга.
Исследована редкая деформация мозгаВ своей работе ученые исследовали синдром Миллера-Дикера.
Это наследственное заболевание связано с хромосомным дефектом. Как следствие, у пациентов появляются пороки развития важных частей головного мозга. «У пациентов поверхность мозга почти не рифленая, а более или менее гладкая», — объясняет Вира Ефремова, аспирант и ведущий автор исследования. Причины этих изменений пока известны лишь частично.Исследователи получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из клеток кожи пациентов Миллера-Дикера, из которых затем вырастили органоиды головного мозга.
В органоидах клетки мозга организуются — очень похоже на процесс в мозге эмбриона: стволовые клетки делятся; часть дочерних клеток перерастает в нервные клетки; они перемещаются туда, где они нужны. Эти процессы напоминают сложную оркестровую пьесу, в которой генетический материал машет дубинкой.У пациентов Миллера-Дикера этот процесс в корне нарушен. «Мы смогли показать, что стволовые клетки у этих пациентов делятся по-разному», — объясняет доцент доктор Филипп Кох, который руководил исследованием вместе с доктором Джулией Ладевиг. «У здоровых людей стволовые клетки изначально интенсивно размножаются и образуют организованные, плотно упакованные слои. Лишь небольшая часть из них дифференцируется и превращается в нервные клетки».
Определенные белки отвечают за плотную и равномерную упаковку стволовых клеток. У пациентов Миллера-Дикера образование этих молекул нарушено. Таким образом, стволовые клетки не так плотно упакованы и, в то же время, не имеют такого регулярного расположения.
Эта плохая организация приводит, помимо прочего, к дифференцировке стволовых клеток на более ранней стадии. «Таким образом, изменение трехмерной структуры ткани вызывает изменение поведения деления», — говорит Ладевиг. «Эта связь не может быть идентифицирована на животных или в двумерных моделях клеточных культур».Ученый подчеркивает, что новых вариантов лечения в результате этого не предвидится. «Мы проводим здесь фундаментальные исследования.
Тем не менее, наши результаты показывают, что органоиды обладают всем необходимым, чтобы возвестить новую эру в исследованиях мозга. И если мы лучше поймем развитие нашего мозга, предположительно могут появиться новые варианты лечения заболеваний мозга. от этого в долгосрочной перспективе ».