Ученые выращивали органоиды мозга человека более пяти лет
Органоиды коры человеческого мозга не просто прожили в лаборатории более пяти лет, но продолжали созревать. Клетки также сохранили «память» о своем возрасте и пройденных этапах развития.
Источник: Irene Faravelli and Noelia Antón-Bolaños. Мозговые органоиды, выращенные в лаборатории из человеческих клеток, достигли зрелости и приобрели характеристики, схожие с теми, что наблюдаются в мозге плода и новорожденного.
МОСКВА, 22 августа /Новости науки/. Ученые выращивали органоиды коры головного мозга человека в лаборатории более пяти лет. Об этом говорится в исследовании международной группы специалистов, опубликованном в журнале Nature.
Большинство созданных ранее органоидов воспроизводили лишь начальные этапы формирования мозга и начинали разрушаться через несколько месяцев. Новая модель позволяет наблюдать процессы, которые продолжаются после рождения и почти недоступны для непосредственного изучения у человека.
«Когда мы проанализировали органоиды, то поняли, что они не просто выжили в течение пяти лет, но продолжали меняться, развиваться и созревать», — рассказала Nature один из руководителей исследования, специалист Гарвардского университета Паола Арлотта.
Органоиды выращивали из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, способных превращаться в различные типы клеток организма. Ученые изучили 34 органоида в возрасте от шести месяцев до пяти лет и объединили результаты с данными предыдущих экспериментов. В общей сложности исследование охватило 110 органоидов и более 424 тыс. клеток.
Анализ активности генов показал, что органоиды развивались в последовательности, близкой к естественному созреванию мозга. Образцы возрастом от 15 дней до двух месяцев напоминали мозг плода в первом триместре беременности, трех-шестимесячные — во втором триместре, а после года в них появлялись признаки, характерные для мозга после рождения.
Биологический возраст органоидов совпадал со временем, проведенным в лаборатории, и по изменениям в работе генов, и по химическим меткам на ДНК. Примерно через шесть месяцев в них появились клетки, образующие миелин — оболочку, которая изолирует нервные волокна и помогает проводить сигналы. Отдельные нейроны сохранялись почти шесть лет, а активные нейронные сети в специально подобранной питательной среде — не менее двух лет.
Особенно показателен эксперимент с клетками-предшественниками разного возраста. Ученые смешали клетки из органоидов возрастом 9–12 месяцев с клетками, выращенными всего 15 дней. Молодые клетки начали формировать нейроны ранних стадий развития, тогда как старые пропустили уже пройденные этапы и сразу произвели более зрелые типы нейронов. Это означает, что клетки способны записывать и позднее «вспоминать» собственный возраст.
Такие модели могут помочь ученым проследить, как нарушения на ранних этапах развития проявляются в мозге спустя месяцы и годы. Вместе с тем органоиды остаются упрощенными моделями коры, а не полноценными миниатюрными мозгами. Доля нейронов в них со временем снижалась, поэтому условия длительного выращивания еще предстоит улучшить.
Органоиды представляют собой трехмерные структуры, клетки которых самостоятельно организуются и частично воспроизводят строение и работу настоящих органов. Ранее органоиды мозга обычно изучали в течение нескольких месяцев, а продолжительность одного из самых длительных экспериментов составляла 694 дня.
Большинство созданных ранее органоидов воспроизводили лишь начальные этапы формирования мозга и начинали разрушаться через несколько месяцев. Новая модель позволяет наблюдать процессы, которые продолжаются после рождения и почти недоступны для непосредственного изучения у человека.
«Когда мы проанализировали органоиды, то поняли, что они не просто выжили в течение пяти лет, но продолжали меняться, развиваться и созревать», — рассказала Nature один из руководителей исследования, специалист Гарвардского университета Паола Арлотта.
Органоиды выращивали из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, способных превращаться в различные типы клеток организма. Ученые изучили 34 органоида в возрасте от шести месяцев до пяти лет и объединили результаты с данными предыдущих экспериментов. В общей сложности исследование охватило 110 органоидов и более 424 тыс. клеток.
Анализ активности генов показал, что органоиды развивались в последовательности, близкой к естественному созреванию мозга. Образцы возрастом от 15 дней до двух месяцев напоминали мозг плода в первом триместре беременности, трех-шестимесячные — во втором триместре, а после года в них появлялись признаки, характерные для мозга после рождения.
Биологический возраст органоидов совпадал со временем, проведенным в лаборатории, и по изменениям в работе генов, и по химическим меткам на ДНК. Примерно через шесть месяцев в них появились клетки, образующие миелин — оболочку, которая изолирует нервные волокна и помогает проводить сигналы. Отдельные нейроны сохранялись почти шесть лет, а активные нейронные сети в специально подобранной питательной среде — не менее двух лет.
Особенно показателен эксперимент с клетками-предшественниками разного возраста. Ученые смешали клетки из органоидов возрастом 9–12 месяцев с клетками, выращенными всего 15 дней. Молодые клетки начали формировать нейроны ранних стадий развития, тогда как старые пропустили уже пройденные этапы и сразу произвели более зрелые типы нейронов. Это означает, что клетки способны записывать и позднее «вспоминать» собственный возраст.
Такие модели могут помочь ученым проследить, как нарушения на ранних этапах развития проявляются в мозге спустя месяцы и годы. Вместе с тем органоиды остаются упрощенными моделями коры, а не полноценными миниатюрными мозгами. Доля нейронов в них со временем снижалась, поэтому условия длительного выращивания еще предстоит улучшить.
Органоиды представляют собой трехмерные структуры, клетки которых самостоятельно организуются и частично воспроизводят строение и работу настоящих органов. Ранее органоиды мозга обычно изучали в течение нескольких месяцев, а продолжительность одного из самых длительных экспериментов составляла 694 дня.
