Ученые из Института биологических исследований имени Солка (это некоммерческая научная организация в США) вместе с европейскими коллегами обнаружили, что 3D-модели мозга, выращенные из стволовых клеток человека, структурно и функционально более похожи на реальный мозг, чем широко используемые сейчас 2D-модели. В статье в Cell Reports авторы работы делают выводы, что 3D-модели позволяют лучше понять развитие мозга, а также неврологические болезни такие как болезнь Альцгеймера и шизофрению. Об этом рассказывает сайт университета.
В 2013 году ученые из Венского института молекулярной биотехнологии (Австрия), научились выращивать эмбриональные клетки мозга в 3D-геле. (Портал Научная Россия рассказывал об этом в статье «Австрийцы создали "модель" мозга из стволовых клеток».) В их модели клетки дифференцировались в слои, подобные слоям настоящего мозга. До сих пор было неизвестно, насколько эти выращенные в лаборатории мини-мозги, называемые мозговыми органоидами (МО), соответствуют настоящему мозгу. Сотрудничая с венской лабораторией, которая разработала метод роста МО, сотрудники лаборатории геномного анализа института Солка под руководством профессора и исследователя медицинского института Говарда Хьюза Джозефа Экера (Joseph Ecker), сравнили МО на ранних стадиях развития с тканью реального мозга на той же стадии развития.
Чтобы создать МО для анализа, ученые использовали линию клеток человеческого эмбриона H9, добавив туда нужные соединения, чтобы побудить клетки развиваться в психомоторном направлении за 60 дней. Затем они проанализировали эпигенетику получившегося органа, картину химических маркеров для ДНК, ответственной за активирование или заглушение генов. Эпигеномы клеток подвержены влиянию факторов окружающей среды, таких как диета или стресс, поэтому они сильно связаны с развитием органа и болезнями типа шизофрении.
Ученые сравнили результаты с подходящими по возрасту тканями из нейробиобанка Национальных институтов здравоохранения и данными 2D-моделей мозга других исследователей. Обнаружилось, что МО больше походили на ткани настоящего мозга, чем 2D-модели, в части достигнутой клетками степени дифференциации и экспрессии генов. Получается, что МО развиваются по временной шкале на раннем этапе развития подобно реальному мозгу, хотя до уровня созревания реального мозга МО за это время не созревают.
Что касается эпигенетики, то 3D и 2D-модели имеют сходные схемы отклонения, которые представляются общими для всех клеток, выросших в культуре, а не в мозге. Пока неясно, что означает это различие, но оно странное. Экер предположил, что это может быть полезным способом измерить, насколько модели мозга похожи на реальный мозг. «Наши данные показали, что мозговые органоиды в виде функции 3D-модели мозга приближаются к реальному мозгу больше, чем 2D-модели, так что возможно даже лучше использовать эпигенетические схемы как шкалу», — цитирует Экера пресс-служба института Солка.
«Наша работа показывает, до какой стадии можно повторить человеческий мозг в чашке Петри в виде мозгового органоида», — сказал Юрген Кноблих (Juergen Knoblich), соавтор работы и глава Института молекулярной биотехнологии.
[Фото: Флуоресцентный срез мозгового органоида, или мини-мозга / Madeline Lancaster/MRC-LMB]
