Исследователи из Stanford Medicine разработали новую методологию, которая позволяет культивировать человеческую мозговую ткань внутри генетически модифицированных мышей. Эти животные спроектированы таким образом, чтобы не развивать большую часть коры и гиппокампа. Имплантированный трансплантат продемонстрировал способность расти, формировать кровеносные сосуды и устанавливать функциональные связи с нервной системой грызунов.
Эти так называемые «ксенокортикальные мыши» представляют собой ценный инструмент для исследования развития мозга и различных неврологических патологий. Кроме того, эксперимент позволил наблюдать типы человеческих нейронов, которые трудно воспроизвести в традиционных лабораторных условиях, что позволяет тестировать реакцию этой ткани на изменения, связанные с различными состояниями здоровья.
Для проведения исследования ученые генетически модифицировали мышей, предотвратив обширное развитие коры и гиппокампа. Некоторые животные использовались в качестве контроля, оставаясь без трансплантата, в то время как другие получили органоиды человеческой коры сразу после рождения.
По мере роста животных человеческая ткань занимала доступное пространство. За трехмесячный период эта ткань увеличилась почти в пять раз по объему, составляя более 90% кортикального объема. Трансплантат также стал электрически активным и развил кровеносные сосуды, посылая проекции до спинного мозга.
Сергиу Пашка, профессор Стэнфорда и автор исследования, пояснил, что, хотя животные обладают нервной системой, органами чувств и подкорковыми структурами мыши, примечательным аспектом является то, что большая часть корковой ткани имеет человеческое происхождение, и человеческие нейроны способны расти, интегрироваться и создавать функциональные связи с остальной нервной системой мыши.
Важно отметить, что пересаженная ткань еще не достигла зрелости человеческой коры. Даже примерно через шесть месяцев она оставалась незрелой и не имела типичных организованных слоев взрослой коры. Тем не менее, исследователи идентифицировали нейроны, которые показали трудности при производстве в других моделях, включая клетки, подобные нейронам фон Экономо, которые являются вытянутыми структурами, встречающимися в определенных областях человеческого мозга.
Среди потенциальных применений этой модели находится изучение памяти. В тесте, проведенном с использованием лабиринта в форме буквы Y, ксенокортикальные мыши продемонстрировали производительность, превышающую случайную. Животные, у которых отсутствовали кора и гиппокамп, испытывали трудности с запоминанием, какую ногу лабиринта они посетили. Однако Пашка предупредил, что этот результат не позволяет утверждать, что человеческие нейроны напрямую ответственны за наблюдаемое поведение.
Инкорпорация человеческой мозговой ткани также вызывает важные этические дилеммы. Команда включила биоэтиков из Стэнфорда и внешний комитет, состоящий из нейробиологов, экспертов по этике, юристов и представителей пациентов. Животные строго контролировались на протяжении всего исследования для выявления любых непредвиденных биологических или поведенческих эффектов.
Еще одна центральная проблема заключается в определении того, может ли постепенное внедрение все более сложной человеческой нервной ткани в нервную систему животного вызвать новые или эмерджентные свойства, требующие дополнительного этического рассмотрения. Исследование, опубликованное в журнале Nature, позиционирует ксенокортикальных мышей как инструмент для изучения человеческого мозга в живом организме, сохраняя при этом задачу различения эффектов человеческих клеток от тех, которые генерируются нервной системой животного.