Исследователи восстановили повреждения мозга у крыс путем имплантации органоидов человеческого мозга

В области медицинских исследований последние пять лет наблюдалось стремление к «межвидовой» трансплантации органов. Например, в прошлом году исследователям впервые удалось имплантировать скопления человеческих нейронов в мозг здоровых крыс. В продолжение этого исследования недавно было проведено новое исследование, в ходе которого органоиды человеческого мозга были имплантированы в мозг «поврежденных» крыс для восстановления повреждений зрительной коры. Хотя органоиды еще относительно рудиментарны, этот прорыв может привести к новым методам лечения для регенерации центральной нервной системы у людей после травм или нейродегенеративных заболеваний.

В конце 2022 года исследователям из Стэнфорда удалось имплантировать органоиды человеческого мозга здоровым грызунам разного возраста. Однако имплантация органоидов будет сопряжена с некоторыми препятствиями, поскольку, например, нейроны, выращенные в лаборатории, с трудом достигают определенного размера нейронов в нашем мозгу. Но самой сложной задачей было стимулировать изолированные клетки in vitro, чтобы они могли успешно соединяться с другими нейронами после имплантации. После того как эти шаги были завершены, следующим было имплантирование органоидов крысам с повреждением головного мозга.

В новом исследовании ученые из Университета Пенсильвании (США) создали органоиды мозга в лаборатории из плюрипотентных стволовых клеток человека. Для того чтобы клетки дифференцировались в функциональные нейроны, их стимулировали химическими сигналами в течение 80 дней. После этого этапа сформированные трехмерные клеточные кластеры могут имитировать желаемые функции, в том числе функции коры головного мозга (которая состоит из нескольких наложенных друг на друга слоев). «Эта структура действительно важна для определения того, как на самом деле работает мозг«, — объясняет Хан-Чьяо Исаак Чен, автор-корреспондент нового исследования и научный сотрудник кафедры нейрохирургии Пенсильванского университета.

Согласно исследованию, описанному в журнале Cell Stem Cell, целью было имитировать функции области коры головного мозга, которая обрабатывает визуальную информацию. В настоящее время испытания проводятся только на животных, однако имплантация органоидов для восстановления повреждений мозга может быть однажды применена к людям. «Я рассматриваю это как первый шаг в разработке новой стратегии восстановления мозга«, — говорит Чен. Таким образом, органоиды могут стать альтернативой выбора для восстановления функций мозга после травматических повреждений (после операции, инсульта или нейродегенеративных заболеваний).

Применение на людях: отдаленная цель

Пересадив органоиды взрослым крысам (у которых была вызвана серьезная травма вторичной зрительной коры), исследователи смогли «закупорить» повреждения в коре головного мозга. Чтобы избежать отторжения трансплантата, животным до и после операции вводили иммунодепрессанты. Через три месяца после имплантации в органоиды проникли новые кровеносные капилляры, клетки которых успешно соединились со здоровыми нейронами грызунов. Кроме того, размер органоидов немного увеличился за счет образования новых клеток.

Чтобы определить, были ли синаптические связи успешно установлены, исследователи нанесли на карту новые связи с помощью флуоресцентного вирусного маркера. Результат: органоиды успешно соединились со зрительными нервами крыс. Кроме того, проверяя зрительные способности крыс с помощью различных стимулов, исследователи обнаружили, что органоиды, имплантированные в кору их головного мозга, активировались в ответ. «Визуальная стимуляция животных вызывала ответные реакции в нейронах органоидов, включая ориентационную избирательность«, — пишут исследователи в своем исследовании.

Однако исследовательская группа еще не смогла провести реальные испытания остроты зрения или поведения, связанного со зрением, у крыс, которым была сделана пересадка. Более того, несмотря на функциональное сходство органоидов с корой головного мозга, их структурная основа все еще будет относительно рудиментарной, и методика все еще далека от применения к человеку.

Однако исследователи намерены провести следующий этап исследований, чтобы ответить на вопрос: в какой степени удалось восстановить зрительные функции у перенесших трансплантацию крыс? Кроме того, будет изучена возможность имплантации органоидов в другие области мозга, например, в моторную кору. Но до этого исследователи надеются улучшить структурную основу своих органоидов, чтобы они могли действительно имитировать сложные функции здорового мозга. «Мы хотим получить субстрат, более точно имитирующий мозг, потому что теоретически это должно сделать органоиды более полезными для будущего восстановления мозга«, — предполагает Чен.