БиологияЗдоровье и медицина

Зачем выращивать «мини-мозги» в лаборатории?


Человеческий мозг - одна из самых сложных структур в природе, и мы еще далеки от того, чтобы понять его суть. Чтобы помочь нам лучше понять его, неврологи используют в своей работе органоиды мозга (в СМИ их называют "мини-мозгами"). Эти структуры, которые служат миниатюрными, упрощенными моделями человеческого мозга в натуральную величину, могут быть полезны во многих областях.

Как создаются "мини-мозги"?

Исследователи выращивают органоиды мозга из стволовых клеток. Стволовые клетки - это тип незрелых клеток, которые могут развиться в любой тип клеток. Иногда эти клетки берут непосредственно из эмбриональной ткани человека, но это бывает довольно редко. В основном используются клетки кожи, взятые у доноров. Затем они подвергаются воздействию химических веществ, чтобы вернуть их в исходное состояние. Полученные клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.

Чтобы создать мини-мозг (или церебральные органоиды), исследователи помещают эти стволовые клетки в матрицу, богатую белком. Это вещество поддерживает их развитие. Чтобы заставить их сформировать определенную ткань, в определенное время вводятся различные молекулы и другие специфические факторы роста.

По мере развития органоиды мозга становятся все более сложными. Со временем они содержат многие типы клеток, встречающиеся в человеческом мозге, и демонстрируют пространственную организацию, сравнимую с изолированными областями мозга. Опять же, хотя иногда их называют "мини-мозгами", эти органоидные структуры мозга на самом деле не являются миниатюрными человеческими мозгами. Представьте себе сферические шары из ткани, которые имитируют некоторые особенности человеческого мозга.

Зачем выращивать мини-мозги?

Мини-мозги можно выращивать для различных целей, в том числе для изучения раннего развития человека. Например, немецкая команда вырастила несколько органоидов мозга, способных развивать зрительные чашки - зрительные структуры, расположенные в глазу, где зрительный нерв встречается с сетчаткой. В конечном итоге, эти органоиды могут помочь в изучении взаимодействия мозга и глаза во время развития человеческого эмбриона. Они также могут помочь смоделировать врожденные заболевания сетчатки или предложить новые лекарственные подходы.

Недавно другая команда разработала мини-мозги, которые могут генерировать мозговые волны, похожие на те, что наблюдаются у недоношенных детей, а другая команда использовала их для объяснения того, как вальпроевая кислота (распространенный препарат, используемый для лечения эпилепсии и биполярного расстройства) может нарушать деление клеток в утробе матери и вызывать врожденные дефекты при использовании во время беременности.

Мини-мозги также можно использовать для моделирования заболеваний, поражающих взрослых, включая инфекционные заболевания, поражающие мозг, и нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера. Такие модели могут дополнить (а возможно, когда-нибудь и заменить) исследования, проводимые в чашках Петри или на животных моделях.

Органоид с набором структур, похожих на глаза.

За пределами медицины

Мини-мозги также можно использовать для изучения эволюции человека. Например, недавно ученые использовали органоиды для изучения того, как мозг человека отличается от мозга обезьян и неандертальцев.

Некоторые также хотят использовать эти органоиды для питания компьютерных систем. Недавно сообщалось, что синтетический мини-мозг, состоящий из человеческих нейронов, научился играть в видеоигру "Понг" после того, как его подключили к управляемой компьютером электродной решетке. В конечном счете, этот вид исследований может проложить путь к созданию компьютеров, которые будут опираться на клетки мозга для выполнения определенных задач, которые современные компьютеры не в состоянии выполнить.

Наконец, с этической точки зрения, крайне маловероятно, что в обозримом будущем органоиды мозга будут обладать способностями, которые, с учетом нынешнего понимания, будут признаны как сознание, эмоции или даже боль, согласно недавнему отчету Национальной академии наук, инженерии и медицины. Тем не менее, возможно, необходимо будет следить за этими вопросами по мере того, как ученые будут разрабатывать более сложные органоиды.

Подпишитесь на нас: Вконтакте / Telegram
Back to top button