Ученые заметили человеческие мозговые волны в мини-мозгах, выращенных в лаборатории

Москва, 20:43, 31 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Одним из способов, которым ученые могут неинвазивно изучать человеческий мозг, является выращивание «мини-мозгов», кластеров клеток мозга, каждый размером с горошину, в лаборатории. В увлекательном развитии этого направления исследований команда ученых на этой неделе сообщает, что они наблюдали похожие на человека мозговые волны от этих органоидов.

Предыдущие исследования мини-мозга продемонстрировали движение и развитие нервного тракта, но новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего, под руководством биолога Алиссона Муотри, является первым, которое зафиксировало человеческую нервную деятельность.

В своей статье, опубликованной в четверг в Cell Stem Cell, исследователи пишут, что наблюдали паттерны мозговых волн, напоминающие паттерны развивающегося человека. По словам Муотри, это изощренность модели in vitro — это шаг, позволяющий ученым использовать мини-мозг для изучения развития мозга, моделирования болезней и изучения эволюции мозга.

Для создания этих мини-мозгов, технически называемых органоидами, исследователи взяли плюрипотентные стволовые клетки человека и представили их в богатой питательными веществами чашке Петри, предназначенной для имитации среды, в которой развивается наш собственный мозг. Из-за плюрипотентной природы стволовых клеток — что означает, что они могут стать любым числом различных клеток — эти клетки можно было бы подтолкнуть к созданию трехмерной структуры, напоминающей развивающийся человеческий мозг, хотя и намного меньшего размера. Приблизительно через два месяца разработки команда начала замечать всплески нейронной активности в сети, которые ранее не наблюдались.

Десятимесячные органоиды мозга, каждый размером с горошину

Когда команда начала наблюдать эти прерывистые всплески электрической активности, они изначально не искали сходства между своей моделью и младенцами, сообщил соавтор и аспирант Ричард Гао.

«Мы увидели, что характерной особенностью этих органоидных колебаний является то, что они происходят всплесками: сеть неактивна большую часть времени, и каждые 10-20 секунд или около того самопроизвольный всплеск активности происходит», — сказал Гао. «Это напоминало особенность недоношенных детей, когда ЭЭГ ребенка в большинстве случаев очень неактивна, что сопровождается сильными колебательными переходными процессами».

Команда создала алгоритм машинного обучения, чтобы распознать характерные черты ЭЭГ у недоношенных детей, и провела оценку церебральных органоидов на предмет сходства. По словам Муотри, алгоритм может предсказать, сколько недель органоиды развились в культуре, и между 25 и 40 неделями развития органоида алгоритм больше не мог различать органоиды и ЭЭГ младенцев.

Но, пояснил Муотри, это сравнение не обязательно должно быть однозначным. Существуют определенные особенности и ограничения ЭЭГ недоношенных детей, в том числе влияние толщины развивающегося человеческого черепа на показания, которые отличаются от лабораторно выращенных органоидов. Муотри говорит, что для целей своего исследования команда ученых исключила эти несопоставимые переменные.

Однако, чтобы действительно закрепить эти результаты, исследователи говорят, что эти несоответствия между детской ЭЭГ и органоидом необходимо будет устранить.

«Я думаю, что невозможно сказать, насколько схожа активность органоидов с преждевременной ЭЭГ», — сказал Арнольд Кригштейн, невролог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, который не участвовал в новом исследовании. «Развитие спонтанной активности у органоидов довольно интересно, и исследователи убедительно показали, что это зависит от нейрональной активности. Но органоиды настолько отличаются от реальной развивающейся коры головного мозга, что даже если феноменология схожа, нам все же нужны лучшие доказательства того, что лежащие в основе механизмы одинаковы. Это все равно, что сравнивать яблоки с апельсинами: хотя они оба фрукты, они не одинаковы».

Тем не менее, Кригштейн действительно говорит, что это исследование является важным шагом к ответу на эти вопросы.