Реальные мозговые волны записывались в мини-мозг. Прорыв в нейробиологии

В выращенных в лаборатории органоидах мозга, называемых минименами, нейробиологи измерили активность, аналогичную действительным мозговым волнам. Открытие было сделано во время исследования синдрома Ретта, генетического заболевания, которое может вызывать судороги.

Мини-мозг - это небольшие трехмерные структуры, выращенные в лабораториях из стволовых клеток человека . Они идеально отражают структуру и структуру человеческого мозга , благодаря чему в последние годы приобрели огромную популярность и стали инструментом, используемым в многочисленных исследованиях.

Недавно мы сообщили, что ученым из Дюссельдорфа удалось заставить мини-мозг самостоятельно развить остаточные структуры глаза . Теперь еще один прорыв был сделан в новом исследовании, результаты которого представлены в журнале Nature Neuroscience.

Мини-мозг демонстрирует электрическую активность

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) вырастили мини-мозг из стволовых клеток пациентов с синдромом Ретта , генетическим заболеванием, связанным с рядом нарушений психического развития, которые в большинстве случаев приводят к тяжелой и глубокой инвалидности. Синдром Ретта также может быть связан с припадками, и именно источники этих расстройств хотели искать ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Чтобы создать мини-мозг, исследователям пришлось использовать биоинженерию, чтобы «запрограммировать» донорские стволовые клетки на рост в ткани мозга. В случае с мозгом создание органоидов особенно сложно. Чтобы иметь возможность изучать не только саму клеточную структуру, но и активность этого органа, необходимо вырастить мини-мозг, который производит мозговые волны (или нейронные колебания) - аналогичные тем, которые происходят у настоящего человека. головной мозг.

Мозговые волны представляют собой картину электрической активности мозга и регистрируются с помощью электроэнцефалографического оборудования (ЭЭГ). Они представляют собой специфическое эхо процессов, сопровождающих передачу информации между нейронами, и их активность в определенных областях мозга может указывать на действия, выполняемые в данный момент, или на состояние сознания пациента. Теперь подобная электрическая активность была зарегистрирована в мини-мозге.

Мини-мозги отреагировали на экспериментальный препарат

Ученые наблюдали за активностью мини-мозга с помощью электродов и микроскопических изображений. Авторы объясняют, что первое исследование было похоже на традиционную ЭЭГ, проводимую на пациентах.

Результаты показали, что в мини-мозге можно регистрировать многие типы мозговых волн. Наиболее важными для авторов анализа оказались паттерны активности, близкие к паттернам, сопровождающим припадки у людей, страдающих синдромом Ретта.

Важно отметить, что органоиды мозга также отреагировали на лечение экспериментальным препаратом пифитрин-альфа . В клинических испытаниях с пациентами препарат устранял судороги, как и в случае с минимальными нарушениями мозгового кровообращения. После инъекции в ткани больше не наблюдалось активности, характерной для судорог.

Авторы подчеркивают, что на протяжении всего исследования клетки мозга выглядели нормально, но судороги случались. То же самое и с мозгом людей с синдромом Ретта - ткани кажутся здоровыми, но активность мозга ненормальна. Таким образом, эксперимент с мини-мозгами подтвердил неврологическую основу приступов.

Мини-мозги заменят лабораторных животных

Это не первое исследование, в котором стимулировалась активность мини-мозга. Эксперимент 2019 года показал активность, типичную для недоношенных детей, родившихся примерно на 28 неделе беременности. Новое исследование углубляет предыдущие и показывает, что органоиды могут иметь разные типы волн. Открытие важно не только для исследования препарата, улучшающего качество жизни людей с синдромом Ретта. Обнаружение мозговых волн в мини-мозге - это прорыв в нейробиологии и свидетельство того, что эти органоиды, выращенные в лабораториях, можно использовать для поиска источника других заболеваний и расстройств.

Хотя органоиды мозга никогда не могут сравниться по сложности с реальным человеческим мозгом, они могут в конечном итоге заменить лабораторных животных в будущих исследованиях. Однако мы должны быть уверены, что их активность достаточно близка к тому, что происходит в живом мозге, отмечают исследователи.

Наши исследования показывают, что мы можем производить органоиды, которые напоминают настоящую ткань человеческого мозга, и которые можно использовать для точного воспроизведения определенных характеристик и функций человеческого мозга. Научившись управлять моделями мозговых волн органоида, мы в конечном итоге сможем моделировать различные состояния мозга, - говорит нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Беннетт Нович, один из соавторов исследования.

Прогресс в исследованиях мини-мозга может дать нам представление о том, как работает человеческий мозг, в беспрецедентных масштабах.