Биоинженерам из Стэнфордского университета удалось сделать важный шаг в развитии регенеративной медицины: из индуцированных плюрипотентных человеческих стволовых клеток они вырастили кусочек настоящей коры головного мозга.
Кусочки этой коры представляют собой крошечные сфероиды, диаметр которых не превышает 5 мм. Сфероиды состоят из нейронов разных типов и астроцитов - вспомогательных клеток, которые поддерживают форму мозговой ткани и создают окружающую среду для нейронов. Все эти клетки сгруппировались в несколько слоев.
Но главное достижение ученых состоит в том, что выращенные таким способом нейроны формируют синапсы и отвечают на внешние раздражители, то есть работают точно так же как в настоящей коре головного мозга.
Кора головного мозга – одна из самых сложных структур, которая участвует в высшей нервной деятельности, определяет наше восприятие окружающего мира и отношение к нему.
Как говорят ученые, их исследование поможет лучше понять, как происходит повреждение работы мозга при различных психических заболеваниях, шизофрении, аутизме, болезни Альцгеймера, а значит, поможет найти и новые эффективные способы лечения этих болезней.
«Природу многих психических нарушений сложно понять из-за того, что у нас нет прямого доступа к работающему мозгу человека. Полученные нами сфероиды полностью повторяют структуру коры головного мозга, поэтому решение этой задачи теперь станет вполне реальным», - говорит ведущий автор исследования Серджиу Паска (Sergiu Pasca).
В своем эксперименте ученые взяли клетки кожи пяти пациентов и превратили их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Эти клетки находятся как бы в молодом состоянии, когда они еще не получили специализацию и могут превращаться в клетки практически любых органов и тканей.
Эта процедура в настоящее время уже хорошо отработана. Впервые iPSC получил в 2006 году профессор Синъя Яманака из Киотского университета. В 2012 году вместе с Джоном Гердоном он был удостоен Нобелевской премии за это открытие.
Вначале ученые наблюдали, как эти клетки (iPSC) делятся в обычной чашке Петри. А затем они перенесли их в специальную лабораторную посуду, где они не могли прикрепиться к стенкам или ко дну. Удивительно, что в таких условиях они стали объединяться и формировать небольшие шарики. Весь процесс занял всего несколько часов.
После этого клетки обработали разными транскрипционными факторами, чтобы направить их развитие по определенному пути. Через семь недель 80% клеток превратились в нейроны, а 7% - в астроциты.
«Астроциты очень важны для передачи нервных импульсов. Но до этого никому не удавалось из одной популяции стволовых клеток получить и нейроны, и астроциты. Нам удалось этого добиться. А это очень важно, поскольку у человека эти клетки генетически идентичны», - говорит Паска.
Более того, когда ученые сделали микроразрез сфероидов, они увидели, что они состоят из нескольких слоев, точно так же как и кора головного мозга. И самое удивительное: функциональные тесты показали, что 80% нейронов в этих сфероидах отвечают на внешний стимул, а 86% могут формировать межнейронные связи – синапсы.
Статья американских биоинженеров о выращивании кортикальных сфероидов опубликована в последнем номере журнала Nature Methods.
