Стэнфордские учёные пересадили человеческие мини-мозги мышам
Исследователи из Стэнфорда вырастили миниатюрные фрагменты человеческой нервной ткани и трансплантировали их в мозг мышей, у которых собственная кора почти не развилась. Человеческая ткань заняла почти всё пространство коры и объединилась с нервной системой животных, повлияв на их поведение и реакцию на повреждения.
Команда учёных из Стэнфордского университета провела необычный эксперимент: исследователи вырастили миниатюрные фрагменты нервной ткани человека и трансплантировали их в мозг мышей, у которых собственная кора почти не развилась. В результате человеческая ткань заняла почти всё пространство коры и объединилась с нервной системой мыши. Это повлияло на некоторые аспекты поведения животных и на то, как их мозг реагировал на повреждения.
Звучит странно и немного пугающе, но в будущем подобные эксперименты могут помочь в лечении серьёзных заболеваний — например, последствий кислородного голодания мозга при родах или нарушений развития мозга. Речь идёт о создании миниатюрных версий человеческого мозга — органоидов, которые возникли как отдельная отрасль биологии.
В отличие от онкологии или расстройств иммунной системы, в психиатрии за последние 50 лет почти не появилось по-настоящему инновационных лекарств. Подавляющая часть средств от психоза, депрессии и тревожного расстройства, одобренных американским Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, обладает лучшей переносимостью, но по эффективности и механизму действия не отличается от веществ, открытых ещё в 1950–1960-е годы. Разработка нового лекарства занимает около 13 лет и обходится в сумму от одного до нескольких миллиардов долларов. При этом критерии многих психических заболеваний окончательно не определены, так что один диагноз может объединять несколько разных по природе расстройств.
Ещё одна причина слабого прогресса связана с невероятной сложностью человеческого мозга. В отличие от многих видов рака или инфекционных заболеваний, у которых часто можно указать конкретную причину вроде мутации или опасного микроорганизма, психические заболевания не имеют конкретной простой причины. Они затрагивают взаимосвязанные нейронные цепи и сети, которые широко распределены в разных участках мозга. Разбираться с устройством и работой зрелого человеческого мозга невероятно тяжело. Прежде всего потому, что мозг человека значительно отличается от мозга доступных модельных животных, на которых можно было бы проводить исследования. А придумать этически безупречное исследование на человеческом мозге крайне непросто.
Для примера можно вспомнить излюбленный лабораторный объект — мышь, на которой получено огромное количество результатов, релевантных для иммунитета, онкологии и другой человеческой физиологии. Мыши не только не болеют шизофренией или биполярным расстройством — по крайней мере, об этом пока ничего не известно, — но даже анатомия их нервной системы существенно отличается от человеческой. Например, у мышей мозг гладкий, а кора человеческого мозга складчатая. Нейроны мыши в среднем меньше и имеют менее длинные и ветвистые отростки. Наконец, в коре мозга людей есть типы клеток, которых у мышей нет, — например, специализированные нейроны-«шиповники», тормозящие некоторые электрические сигналы. И это только анатомические отличия.
Что говорить о наличии у человека языка и сложной психической жизни, нарушения которой невозможно воспроизвести на относительно простом мышином мозге. Бредовые идеи или галлюцинации, важные для симптоматики шизофрении, для мышей недоступны. С некоторыми другими заболеваниями ситуация может быть проще. Например, мышиные модели более-менее годятся для изучения обсессивно-компульсивного расстройства — ведь у них тоже есть повторяющееся поведение вроде чрезмерного ухода за собой. Но даже эта модель не идеальна: уверенности в том, что мышиные компульсии имеют ту же природу, что и человеческие, нет.
Все эти ограничения животных моделей в какой-то момент привели учёных к пониманию необходимости создания иного подхода, который бы дополнял животные модели — отказываться от них никто не собирается. Подхода, который бы не игнорировал нейробиологические отличия человека от животных, а, наоборот, фокусировался на них. Один из базовых вариантов — выращивание отдельных нейронов в чашках Петри. К настоящему мозгу такая нервная ткань имеет отдалённое отношение. Так, в ней есть всего несколько типов клеток, тогда как у людей, по некоторым оценкам, их более трёх тысяч. А отдельная серьёзная проблема заключается в том, что эти клетки живут в ряд на плоской поверхности. В итоге питательные вещества и кислород в них распределяются равномерно. И это при том, что в настоящем объёмном мозге вещества путешествуют по сложным траекториям, а клетки объединены в сложные пространственные сети.
Чтобы изучать молекулярные и нейронные механизмы, лежащие в основе нейропсихиатрических расстройств, нужна объёмная модель со сложной тканевой архитектурой и максимально похожей средой, в которой будут жить если не все, то хотя бы основные клетки мозга. Но сначала такую модель нужно было создать — а это само по себе оказалось «задачей со звёздочкой».
Путь к эксперименту стэнфордских учёных, объединивших нервную ткань человека и мыши в единый мозг, можно отсчитывать от 2006 года. Ровно 20 лет назад японского исследователя и будущего нобелевского лауреата Синью Яманаку заинтересовал ответ на простой вопрос: где взять побольше человеческих стволовых клеток. Из этих незрелых клеток можно вырастить любые другие, от кожи до мышц, поэтому они стали ключом к созданию органоидов.
9
