Мозговые органоиды — миниатюрные копии нервной ткани, выращенные из стволовых клеток — уже более десяти лет используются для изучения болезней и тестирования лекарств. Однако у таких моделей есть серьезные недостатки. Они содержат гораздо меньше нейронов и отдаленно напоминают некоторые области настоящего мозга. Кроме того, без кровеносных сосудов органоиды начинают погибать, потому к ним не поступает кислород. 

Попытки добавить сосудистую систему сводились к использованию простых клеточных линий, таких как HUVEC (клетки пуповинных вен), которые не отражали сложность настоящих кровеносных сетей.

Команда нейробиологов из Университета Джонса Хопкинса (США) решила эту проблему. Ученые создали в пробирке «‎мини-мозг» Multi-Region Brain Organoids (MRBO), который представляет собой гибридные органоиды, объединяющие клетки переднего, среднего, заднего мозга и сложную эндотелиальную систему. Последняя включает в себя клетки, которые участвуют в формировании и функционировании кровеносных сосудов, а также предшественники этих клеток — перициты (клетки-«защитники» сосудов), ангиогенные и стромальные клетки.

Через 20 дней после слияния структуры начали взаимодействовать: клетки мигрировали между разными зонами, создавая сложную сеть. 

Статья по теме: У беременных уменьшились некоторые участки мозга, а после родов восстановились

Анализ РНК единичных ядер показал, что MRBO содержат 80 процентов клеточных типов, характерных для мозга эмбриона на 12-16-й стадии развития по Карнеги. Ученые также зафиксировали первые признаки формирования кровеносных сосудов. Но главное открытие — обнаружение 13 ранее неизвестных сигнальных взаимодействий между сосудистыми и нервными клетками.

«Эндотелиальные клетки выделяют факторы, которые поддерживают выживание промежуточных клеток-предшественников в среднем и заднем мозге. Это критически важно для формирования этих двух областей. В переднем мозге такого эффекта мы не наблюдали», — пояснила Энни Катурия (Annie Kathuria), один из авторов исследования. 

Созданные структуры еще далеки от настоящего человеческого мозга, но с их помощью уже можно изучать воздействия некоторых заболеваний (аутизм, шизофрения), которые невозможно было исследовать с помощью мозга животных, чей главный орган развивается иначе.

Статья по теме: Ученые оживили ткани мозга мыши после недели глубокой заморозки

Специалисты отметили, что подобные органоиды разрабатывают и другие лаборатории. Однако до сих пор ни одна команда так и смогла создать полноценные кровеносные сосуды внутри «‎мини-мозга». Исследователи из Университета Джонса Хопкинса близки к этому как никогда. 

Сейчас американские нейробиологи сотрудничает с биоинженерами, чтобы добавить систему движение жидкости — это ускорит рост сосудов. 

MRBO — первый шаг к созданию полноценной модели мозга с кровоснабжением. Технология позволит изучать аутизм, шизофрению и другие заболевания, связанные с нарушением взаимодействий между нейронами и сосудами. Однако главный вопрос остаётся открытым: как далеко можно продвинуть искусственный мозг, не пересекая этических границ? Пока, уверяют ученые, до «сознания в пробирке» еще десятилетия.

Научная работа опубликована на сайте бесплатного электронного архива научных статей и препринтов по биологии bioRxiv.org.