База знаний

Ученые вырастили в лаборатории модель мозг-спинной мозг-мышцы, и она работает

“Столетник” | 02.03.2021
Ученые – потрясающие люди: то, что вызывает у них неподдельный восторг, может нам показаться как минимум непонятым, а возможно, и жутким. Так произошло и в этой истории: странный объект из человеческих клеток, немного похожий на снеговика, который самостоятельно сокращался в лабораторной колбе, вызвал бурю восторга у его создателей.

Не простой снеговик

Когда доктор Серджиу Паска из Стэнфордского университета стал свидетелем крошечного движения, он понял, что его лаборатория достигла чего-то особенного. Этот странный снеговик на самом деле представлял собой сложный комплекс из полностью выращенных в лаборатории:
  • мини-головного мозга
  • мини-спинного мозга
  • мини-мышцы.
Каждый отдельный компонент, доведенный до жуткого гуманоидного совершенства внутри бурлящих инкубаторов, уже сам по себе является творением научного гения. Но Паска сделал дополнительный шаг, собрав три компонента вместе и поместив их в среду с питательными веществами.

В результате получилась причудливая человеческая ткань, которая воспроизводит основные схемы того, как мы совершаем движение. Три ингредиента физически соединились в полностью функциональную цепь без подсказки извне. Трехмерный мини-мозг через информационную магистраль, образованную искусственным спинным мозгом, смог заставлять выращенные в лаборатории мышцы подергиваться по требованию. Это следующий важный этап в исследовании мозга – ассемблоиды. Они представляют собой свободно плавающие мозговые цепи, которые теперь объединяют ткань мозга с внешним выходом.

4a4ec1f5-d6e5-4c41-96b6-15ac0e45b482.jpg

Никакой мистики

Да, все это выглядит довольно жутко, как в фильмах про Франкенштейна: в колбах плавают органоиды, которые потом соединяют в одно целое. Не хватает только молнии и жуткого закадрового смеха.

Но, конечно, цель ученых - уж точно не вызвать ночные кошмары населения. Это повторение нашей нервной системы от входа до выхода в контролируемой среде чашки Петри. Автономный живой головной мозг-спинной мозг-мышца – это бесценная модель для понимания того, как наш мозг управляет сложными мышечными движениями, которые позволяют нам оставаться в вертикальном положении, ходить или печатать на клавиатуре.

Подобная модель позволяет лучше изучить устройство нашего организма и понять, что происходит, когда связи между мозгом и мышцами выходят из строя. Пример таких разрушительных изменений – болезнь Лу Герига или болезнь Паркинсона. При этих заболеваниях человек медленно теряет контроль над мышцами из-за постепенной гибели нейронов, контролирующих мышцы.

Ассемблоиды, подобные созданному в Стэнфорде – это своего рода модель, обходной путь для тестирования потенциальных методов лечения на простой «копии», а не непосредственно на человеке.

Хронология уникального научного эксперимента

Команда взяла клетки кожи человека, соскобленные с восьми здоровых людей, и преобразовала их до состояния, подобного стволовым клеткам. Это так называемые индуцированные стволовые клетки, которые можно «перепрограммировать» для создания любых видов живых тканей.

09624-feature4-grutercxd.jpg

Затем при помощи методов клеточной инженерии ученые сгенерировали из этих клеток мини-мозг и мини-спинной мозг. Оба компонента были помещены вместе на три дня в лабораторный инкубатор с питательным раствором, где они плавно перемещались друг вокруг друга в замысловатом танце. К своему удивлению, на третий день ученые увидели под микроскопом, как от одного органоида к другому протянулись магистрали клеточных связей. Когда они стимулировались электричеством, связи загорались, что наводило на мысль, что эти соединения были не случайны. Они оказались способны передавать информацию и взаимодействовать друг с другом. Ученые создали части, но они сами поняли, как объединиться в единое целое - организм.

После того, как только мини-мозг и спинной мозг сформировали структуру, похожую на два шара снеговика, ученые наложили их на слой мышечных клеток. Это была выращенная отдельно мышечная структура, похожая на человеческую. В результате получился несколько причудливый снеговик, из трех сферических шаров странной формы.

Самое удивительное началось дальше, когда стало понятно, что мозг и спинной мозг достигли выращенной в лаборатории мышцы и объединились с ней. Используя различные инструменты, в том числе измерение мышечного сокращения, команда обнаружила, что этот «снеговик» способен сокращаться - аналогично тому, как наши мышцы подергиваются при необходимости.

Действительный повод для восторга

Именно это подергивание и привело ученых в восторг, потому что они получили работающую модель связи мозга, спинного мозга и мышц. Потрясает здесь и то, как клетки разных органоидов смогли абсолютно самостоятельно сформировать эту структуру, причем было установлено, что чем дольше она существовала, тем более развитыми становились связи. Теперь можно будет подробно изучать, как по нейронам бегут сигналы с командами, искать закономерности и особенности такого сообщения, пробовать стимулировать его. Все это делается для того, чтобы когда-нибудь человек, утративший связь со своим телом из-за какой-то болезни, смог снова ее обрести.

Текст: Юлия Долженкова.
0 комментариев 0
Загрузка комментариев...
Получайте последние новости!