Китайские ученые создали смесь для безопасной заморозки органоидов нервной ткани

Исследователи из Китая разработали метод криоконсервации кортикальных органоидов с использованием метилцеллюлозы, этиленгликоля, диметилсульфоксида и Y27632 — селективного ингибитора Rho-киназы. Как сообщается в журнале Cell Reports Methods, созданная смесь позволяет консервировать ткани без нарушения нейронной цитоархитектоники или функциональной активности. Примечательно, что с помощью этого метода можно криоконсервировать органоиды из образцов тканей головного мозга человека: патологические признаки сохраняются в них даже после размораживания.

Более 90 процентов новых лекарств-кандидатов от заболеваний головного мозга не проходят клинические испытания, в том числе из-за сложности их применения на животных моделях для людей. В последние годы это ограничение частично сняла органоидная технология. Органоиды головного мозга продемонстрировали большой потенциал для изучения его развития, моделирования заболеваний и разработки новых лекарств.

Однако органоиды долго и дорого культивировать, к тому же существуют технические проблемы, связанные с хранением органоидов и ограничивающие их применение в биомедицинских исследованиях. Разрабатывается и другой подход изучения болезней головного мозга: исследование свежей, жизнеспособной ткани человеческого мозга с естественными патологическими признаками. Однако из-за ограниченной доступности и трудностей хранения такой метод тоже не получается использовать широко.

Этой проблемой занялась группа ученых под руководством Чжи Чэн Шао (Zhicheng Shao) из Фуданьского университета, которая разработала метод криоконсервации с использованием новой среды. Исследователи использовали для криоконсервации метилцеллюлозу, этиленгликоль, диметилсульфоксид и селективный ингибитор Rho-киназы Y27632, который используется для перепрограммирования клеток.

Эксперименты показали, что органоидная структура, подобная желудочковой зоне головного мозга, и многочисленные кортикальные слои сохраняются в процессе криоконсервации по новому методу. Кортикальные органоиды замораживали на 28 день, а затем непрерывно культивировали в течение еще 3 недель после оттаивания перед иммуноокрашиванием маркеров кортикального слоя. На 50 день маркеры структур желудочковой зоны оттаявших органоидов полностью сохранялись с нормальной морфологией и ростом нейритов. Кроме того, ученые обнаружили сохранную экспрессию генов и нейрональную активность в размороженных органоидах. Эти результаты сохранялись как для больших по объему и массе органоидов, так и для органоидов других структур мозга.

Чтобы расширить возможности клинического применения новой технологии криоконсервации, ученые приготовили органоиды головного мозга из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных у пациентов с эпилепсией и фокальной кортикальной дисплазией. Эти органоиды подвергли криоконсервации на 28 день. С 7 по 14 день после размораживания аксоны быстро увеличивались до размеров более 200 микрометров. Кроме того, иммуноокрашивание размороженных органоидов не показало отклонений в клеточных популяциях нейральных предшественников и нейрональных клеток по сравнению с нормальными органоидами коры головного мозга.

Секвенирование РНК показало, что криоконсервация изменяла экспрессию 1334 генов. Большинство из этих генов экспрессировались активнее в криорастворе и отвечали за развитие нервной системы, протекцию нейронов и синапсов. Более того, гены, способствующие нейрогенезу и созреванию нейронов, были более выражены в органоидах, подвергнутых криоконсервации.

По мнению ученых, разработанный ими способ криоконсервации может значительно облегчить технические ограничения биомедицинских исследований, связанные с недолгосрочностью органоидов головного мозга. Исследования могут стать более эффективными и быстрыми.