Уникальные эксперименты ученых из Стэнфорда показали, что человеческие нейроны прекрасно интегрируются в мозг животного, что позволяет намного подробнее изучать основы нарушений развития нервной системы людей. Изучение природы болезни в живом организме на самом раннем этапе жизни поможет найти ключи к пониманию множества нервно-психических расстройств.

На первом этапе экспериментов ученые вырастили органоиды головного мозга из клеток кожи человека. Всего у них получилось создать более десяти типов органоидов, представляющих различные отделы мозга. Изучение этих органоидов в чашке Петри позволяет найти ответы на некоторые вопросы о природе и особенностях развития той или иной болезни, однако только в естественной среде — головном мозге — можно наблюдать фактическую картину заболевания.

С этой целью ученые имплантировали органоиды новорожденным крысам, мозг которых еще очень активно развивается. Их помещали в одно и то же место в мозге, чтобы развитие было легче контролировать. Дальнейшие наблюдения показали, что органоиды человека прекрасно интегрировались в мозг крыс, образуя сложные нейронные связи с местными цепями. Уже через полгода они поставляли примерно треть от полушария мозга, куда изначально были введены. Нейроны человека устанавливали прямые контакты, например, с таламусом, который отвечает за передачу сенсорных сигналов.

Синдром Тимоти

Тестирование новой модели начали изучать на примере синдрома Тимоти — редкого генетического заболевания, тесно связанного с аутизмом и эпилепсией.

В одно полушарие головного мозга животного пересадили органоиды от пациента с синдромом Тимоти, а в другое — органоид здорового человека. Примерно через 5–6 месяцев ученые заметили значительные отличия между электрической активностью двух полушарий. Например, они отметили, что нейроны в полушарии синдрома Тимоти были намного меньше и им не хватало дендритов для коммуникации с соседними клетками.

«Изучая органоиды в чашке Петри мы многое узнали о болезни, но только теперь смогли увидеть различия, связанные с нейронной активностью», — прокомментировал автор работы Серджиу Паска.

Теперь планируется провести аналогичные эксперименты для изучения аутизма, шизофрении и других расстройств, чтобы лучше понять их природу.

Манипуляция поведением

В других экспериментах создали органоиды человека таким образом, чтобы нейроны реагировали на определенную частоту синего лазерного излучения. Различные типы «тренировок» вскоре привели к тому, что воздействие синего света на мозг быстро стимулировало нейроны и способствовало заданному поведению животных. В данном случае ученые ассоциировали вспышки синего света с доступом к воде.

Эти результаты доказывают сложность созданной платформы, которая теперь может быть использована в различных направлениях. В первую очередь, ученые планируют применить ее для изучения зачатков нервно-психических расстройств, а также для тестирования новых лекарств.