У міні-мізках виявили незрілі клітини в стресі

Мініатюрні живі моделі людського мозку можуть не відображати реального розвитку цього органу, пишуть вчені в. Хоча міні-мізки містять безліч різних типів клітин, їх розвиток з попередників йде не так, як в цілому організмі. Крім того, у клітинах таких органоїдів активніше, ніж у справжньому мозку, виробляються молекули-маркери клітинного стресу.

У 2008 році нейробіологи виявили, що ембріональні стовбурові клітини миші в культурі організовуються в тривимірні структури, які нагадують головний мозок в мініатюрі. Ці структури (їх ще називають органоїдами) володіють подобою відділів, і частина клітин в них мігрує, як при ембріональному розвитку справжнього мозку. У 2013 році інша група дослідників вперше отримала такі органоїди з клітин людини, а пізніше дослідники навчилися формувати різні типи органоїдів, кожен з яких імітує якийсь свій відділ мозку.

Вчені з Каліфорнійського інституту в Сан-Франциско і Санта-Крузі та Університету Ага Хана в Карачі (Пакистан) під керівництвом Арнольда Крігстайна (Arnold R. Kriegstein) проаналізували транскриптоми (сукупність РНК) 189409 окремих клітин у складі розвивається кори великих півкуль великих п'яти людських ембріонів на тижнях 7 розвитку. Це дозволило порівняти активність генів нейронів і елементів глії в справжньому мозку і міні-мозку і подивитися, як розподілені в просторі кожної структури функціонально неоднакові клітини.

Хоча в органоїдах були представлені всі основні типи клітин, їх розташування відрізнялося від того, що спостерігається в справжній корі. Функціонально подібні нейрони в міні-мізках рідко утворювали групи і були розкидані по тканині хаотично.

Судячи з того, які гени найінтенсивніше експресувалися в клітинах органоїдів (це визначали за кількістю молекул РНК різних типів), в цілому нейрони і глия в міні-мізках менш зрілі, ніж в корі, що розвивається, і розвиток цих клітин не доходить до логічного завершення. Якщо у клітин радіальної глії формованої кори можна помітити сліди спеціалізації і зрозуміти, які типи нейронів і глії з неї утворюються, то з радіальною глиєю органоїдів це було набагато важче зробити.

Крім того, у багатьох клітинах міні-мізків спостерігалася підвищена експресія генів, які кодують молекули, характерні для клітинного стресу: активують гліколіз () і запускають зміни в ендоплазматичній мережі (,). Інтенсивна робота цих генів не характерна для великої півкулі, що розвивається. У зрізах кори, які підтримували в живильному середовищі тиждень, їх експресія теж не підвищувалася, з чого автори зробили висновок, що клітинний стрес може бути характерною рисою культур нейронів і глії, а також їх попередників.

Цікаво, що коли клітини з органоїдів підсаджували в кору великих півкуль живої миші, вони завершували дозрівання, і інтенсивність вироблення маркерів клітинного стресу в них знижувалася. Ймовірно, стрес якимось чином провокується оточенням мозкових органоїдів.

Вчені роблять висновок, що досліджувати розвиток мозку людини і зокрема кори великих півкуль на органоїдах потрібно з обережністю, враховуючи всі відмінності у формуванні цих структур. Те ж стосується і досліджень формування зв'язків між нейронами, і моделювання хвороб нервової системи на мозкових органоїдах.

Ці рекомендації будуть ставати все актуальнішими, враховуючи, що кількість робіт на мініатюрних моделях мозку зростає. На органоїдах, які імітують різні частини мозку, вже вивчали ефекти мутацій, характерних для неандертальців і домагалися електричної активності клітин як у недоношених дітей.