Мыши с человеческим мозгом
Органоиды человеческого мозга выращиваются из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые обычно получают из клеток кожи. Они являются удобными моделями для изучения развития человеческого мозга и неврологических заболеваний.
Группа инженеров и нейробиологов из Калифорнийского университета в Сан-Диего имплантировала органоиды человеческого мозга мышам и продемонстрировала функциональную связь, которая сформировалась между органоидом и мозгом животных. До сих пор ни одна исследовательская группа не смогла продемонстрировать, что органоиды человеческого мозга, имплантированные в кору головного мозга мыши, способны обладать теми же функциональными свойствами и одинаково реагировать на раздражители. Это связано с тем, что технологии, используемые для записи функций мозга, ограничены и, как правило, не способны записывать его электрическую активность, которая длится всего несколько миллисекунд.
Исследователи решили эту проблему, разработав платформу, в которой сочетаются матрицы микроэлектродов из графена и двухфотонная визуализация – метод микроскопии, который может отображать живую ткань толщиной до одного миллиметра. Это позволило вести оптическую и электрическую запись одновременно.
Исследователи использовали наночастицы платины, чтобы снизить сопротивление графеновых электродов в 100 раз, сохраняя при этом их прозрачность. Такие электроды способны регистрировать и отображать активность нейронов как на макроуровне, так и на уровне отдельных клеток.
Поместив ряд графеновых электродов поверх трансплантированных органоидов, исследователи смогли зафиксировать нейронную активность как от имплантированного органоида, так и от окружающей коры головного мозга мыши в режиме реального времени. Используя двухфотонную визуализацию, они также наблюдали, что кровеносные сосуды мыши врастали в органоид, обеспечивая имплантат необходимыми питательными веществами и кислородом.
Исследователи включили визуальный стимул (светодиод белого света) мышам с имплантированными органоидами, которые в тот момент находились под двухфотонной микроскопией. Они наблюдали электрическую активность в электродных каналах над органоидами, показывая, что органоиды реагировали на раздражитель так же, как и окружающие ткани. Электрическая активность распространялась из области, ближайшей к зрительной коре, в области имплантированных органоидов через функциональные связи. Кроме того, технология прозрачных графеновых электродов позволила регистрировать электрическую активность органоида и окружающей коры головного мозга мыши. Исследователи зафиксировали увеличение мощности гамма-волн и фазовую синхронизацию всплесков от органоидов до медленных колебаний от зрительной коры мыши. Эти данные доказывают, что органоиды установили синаптические связи с окружающей тканью коры головного мозга через три недели после имплантации и получали функциональную информацию от мозга мыши. Исследователи продолжали эти эксперименты в течение одиннадцати недель и продемонстрировали функциональную и морфологическую интеграцию имплантированных органоидов человеческого мозга с корой головного мозга мыши-хозяина.
Авторы надеются, что в дальнейшем эта комбинация человеческих и мышиных нейронов и технологий нейрозаписи будет использоваться для моделирования заболеваний в физиологических условиях, изучения возможных методов лечения на органоидах, специфичных для конкретного пациента, и оценки потенциала органоидов для восстановления определенных утраченных или поврежденных областей мозга.
Статья M.Wilson et al. Multimodal monitoring of human cortical organoids implanted in mice reveal functional connection with visual cortex опубликована в журнале Nature Communications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of California San Diego: Human Brain Organoids Implanted into Mouse Cortex Respond to Visual Stimuli for First Time.