Детально изучать процессы, которые происходят в тех или иных органах, можно только на живых экземплярах. Более того, чтобы выяснить как развиваются органы в зародыше, необходимо искусственно их вырастить в лабораторных условиях. Но искусственно выращивать полноценные орган наука еще не научилась. Однако проблему все же удалось решить путем создания органоидов. Конечно, это не полноценный орган, органоиды имеют микроскопические размеры и представляют собой фрагмент какого-либо органа. Однако даже их зачастую достаточно, чтобы провести серьезные исследования. К примеру, не так давно мы рассказывали, что благодаря органоидам ученым удалось выяснить, что кишечник влияет на развитие сердца. Теперь же ученым из Колумбийского университета удалось усовершенствовать органоиды мозга и объединить их в сеть. Таким образом был создан “искусственный мозг”, причем, он имел признаки шизофрении.
Ученые создали подобие мозга с признаками шизофрении
Как ученые создают органоиды
Для создания органоидов ученые используют стволовые клетки. В лабораторных условиях их превращают в специализированные клетки определенных типов, после чего они начинают взаимодействовать друг с другом и развиваться в органоид. Последний также до определенного момента развивается, аналогично развитию органов у эмбриона.
Следует отметить, что среда, в которой развиваются клетки при выращивании органоидов, максимально напоминает естественную. Благодаря этому органоиды приближены к настоящему органу, и во многих отношениях ведут себя как органы, что позволяет ученым проводить исследования и делать на их основе выводы.
Органоиды создают из стволовых клеток
Органоиды существуют самых разных видов. Они оказались действительно мощным инструментом для изучения таких органов, как сердце и печень. Однако до последнего момента считалось, что мозговые органоиды бесполезны. Они хоть и обладают активными нейронами, но эти нейроны не обмениваются между собой сигналами. Другими словами, мозговые органоиды не ведут себя так, как настоящий мозг, а значит и не подходят для изучения мозга. Но ученые Колумбийского университета нашли способ как исправить эту ситуацию.
Как в лабораторных условиях вырастили “искусственный мозг”
Ученые создали определенные условия, которые позволили объединить нейронные органоиды в сеть, о чем авторы работы сообщают в издании Nature Communications. По сути, они создали инкубатор, в который поместили раствор с большим количеством клеток.
Уже на следующее утро, они увидели нечто, что их сильно удивило — в пробирке возникли крошечные шарики, которые были соединены друг с другом. Это означало, что остаточные клетки мозга в среде за ночь агрегировали в крохотные нервные сферы.
Из стволовых клеток ученым удалось создать модульные нейронные сети
Более того, эти сфероиды спонтанно соединились в сеть. Ученые назвали их модульными нейронными сетями или MoNNets. Они оказались полезны не только для имитации здорового мозга, но и больного.
“Мы думаем, что MoNNets преодолеют ограничения органоидов и станут лучшими 3D-моделями мозговой ткани” — говорит доктор Радж Томер, один из авторов исследования.
Самое интересное, что в своей работе исследователи вырастили MoNNet из клеток мозга мышей, несущих варианты генов, которые связывают с шизофренией. Напомним, что шизофрения имеет наследственный характер. Получившиеся в результате модульные нейронные сети демонстрировали нормальную локальную связь между клетками внутри каждой сферы, но плохую передачу сигналов между сферами. В результате вся сфера в плане передачи сигналов стала менее стабильной.
После обработки “шизофренической” сети нейросфер лекарством, которое улучшало работу мозга мышей с симптомами шизофрении, MoNNets начинала работать нормально. То есть обмен сигналами в сети стабилизировался благодаря лекарственному препарату.
MoNNet помогут в лечении шизофрении и других психических заболеваний
Как и «искусственный мозг» поможет в лечении психиатрических заболеваний
MoNNets, состоящие из нескольких миллионов клеток, имитировали некоторые особенности клеточных и нейронных цепей мозга пациентов с шизофренией. Конечно, речь не идет о полноценной модели шизофрении. Однако этот метод поможет лучше понять некоторые симптомы болезни, к примеру, ослабление рабочей памяти.
“Это может помочь нам изучить кратковременную потерю памяти при шизофрении, при которой может иметь место аналогичное отсутствие стабильных связей” — говорит доктор Радж Томер.
Надо сказать, что в течение десятилетий в лечении психических расстройств не было особого прогрессе. Возможно, MoNNets помогут изменить ситуацию. Их можно использовать не только для выявления биологических основ нервно-психических расстройств, но и для проверки фармакологических методов лечения.
Найдены останки первого многоклеточного существа. Это недостающее звено эволюции