Ученые вырастили «мини-мозги», похожие на мозг недоношенного ребенка

Мозговая ткань, выращенная в лаборатории, впервые спонтанно проявила электрическую активность, удивительно похожую на активность человеческого мозга. Если точнее, на активность мозга недоношенного ребенка. Доклад об исследовании представлен на ежегодной встрече Общества нейробиологов и опубликован в базе препринтов bioRxiv.org.

©  Trujillo, Gao, Negraes et al.

Эти органоиды представляют собой трехмерные, миниатюрные, упрощенные версии органов, выращенные в лаборатории для исследований, например, реакции на лекарства или развития клеток при определенных неблагоприятных условиях.

Нейробиолог Элиссон Муотри несколько лет разрабатывал мозговые органоиды в своей лаборатории в Калифорнийском университете в Сан-Диего, но это впервые, когда он с коллегами заметил у них активность, схожую с активностью человеческого мозга.

Органоиды, о которых идет речь, были выращены из плюрипотентных стволовых клеток. Они индуцировали эти «бланки» для развития в клетки, из которых состоит кора головного мозга — часть, отвечающая за очень важные вещи вроде памяти, восприятия, когнитивных способностей, мыслей и сенсорной обработки.

Сотни этих маленьких мозгов выращивались 10 месяцев. В этот период их тестировали, чтобы убедиться, что в их развитии выражались необходимые гены. Исследователи также постоянно следили за органоидами при помощи электроэнцефалограммы (ЭЭГ).

Примерно к шести месяцам, согласно Nature, «мини-мозги» проявляли энергичную мозговую активность. Анализ показал, что она не была такой же организованной и предсказуемой, как активность мозга взрослого человека. Однако своими хаотическими, синхронизированными всплесками явление напомнило мозговую активность, наблюдаемую у недоношенных младенцев.

Несмотря на то что она не была идентичной, модель машинного обучения, натренированная на сигнатурах ЭЭГ недоношенных младенцев, смогла определить множество схожих свойств с нормальным графиком развития. Похоже, за последние 28 недель траектория развития органоидов соответствовала развитию недоношенного ребенка того же возраста.

Эти мозговые органоиды не совсем похожи на части настоящего человеческого мозга: они не только меньше и проще — у них нет других областей мозга, с которыми они бы соединялись. Они были разработаны с учетом недостаточного количества белка, необходимого для нормальной нейронной функции. Тем не менее «мини-мозги» могут быть шагом на пути к лучшему пониманию развития мозга.

«Хотя мы не настаиваем на функциональной равнозначности между органоидами и целым мозгом новорожденного, — пишут исследователи, — нынешние результаты представляют собой шаг вперед к искусственной модели, отображающей некоторую сложную пространственно-временную колебательную динамику человеческого мозга».

Исследователи продолжат дальше развивать «мини-мозги», чтобы выяснить, будут ли они «взрослеть».