Нейроны человека после пересадки в крысу лучше растут и больше похожи на нейроны настоящего мозга.

Чтобы изучать клетки живьём, их выращивают в клеточной культуре: множество клеток растут и делятся на дне специальной ёмкости, погружённые в питательную среду. Но всё-таки клетки, растущие монотонным слоем, не то же самое, что клетки в настоящем органе. Более полную картину дают органоиды — микроскопические подобия настоящих органов.

Человеческий мозговой органоид в мозге крысы. (Фото: Stanford University)

Они выглядят как объёмные клеточные конгломераты, в которых каждая клетка окружена со всех сторон своими коллегами, принимает от них сигналы и посылает свои сигналы им. Есть органоиды кишечные, почечные и даже органоиды мозга. Разумеется, они имитируют даже не весь орган целиком, а только некоторую его часть (например, в мозговых органоидах пытаются воспроизвести фрагмент коры с её слоями нейронов).

Объёмный органоид больше похож на орган, чем плоский клеточный слой, но всё-таки он растёт опять же не в организме, а в питательной среде. И в случае особенно сложных органов, например мозга, вполне очевидно, что нейроны в органоиде не приобретают каких-то свойств, которые есть у них в настоящем мозге. И вот чтобы ещё сильнее приблизить мозговой органоид к мозгу, сотрудники Стэнфордского университета пересадили человеческий органоид в мозг новорождённых крысят.

Органоид начал расти. За три месяца, как пишут исследователи в Nature, он вырос примерно в девять раз и занимал примерно треть коры одного из полушарий. Причём рос он как одно целое, крысиные нейроны объёма ему не добавляли — их он держал в стороне. Очевидно, что в настоящем мозге нейроны органоида, грубо говоря, лучше питались, и заодно получали сигналы от соседних клеток, которые управляли их развитием. Сами человеческие нейроны в пересаженном органоиде вырастали примерно в шесть раз более крупными, чем нейроны в органоиде, который развивался сам по себе, в лабораторной посуде и в питательной среде, на их отростках появлялось больше ответвлений и синапсов — межклеточных контактов с другими нейронами. Клетки в пересаженном органоиде выглядели более зрелыми и вели себя в смысле электрофизиологических свойств более похоже на нейроны в обычном мозге.

При этом они устанавливали связи не только между собой, но и с крысиными нейронами. Органоид внедряли в соматосенсорную область коры, в тот её участок, который принимает сигналы от вибриссов. Когда вибриссы чувствовали дуновение воздуха, человеческие нейроны отзывались на это импульсами. Более того, человеческие нейроны могли влиять на поведение крыс. Органоид модифицировали так, чтобы его нейроны реагировали на световые вспышки. В крысином мозге их стимулировали светом, и одновременно крыса получала порцию воды. И потом крыса уже сама искала воду, когда человеческие нейроны у неё начинали активничать.

Однако притом нельзя было сказать, что грызуны становились умнее — поведенческие тесты они выполняли так же, как и обычные крысы. В то же время ни электроэнцефалограмма, ни магнитно-резонансная томография не показали каких-то серьёзных отклонений в работе мозга, хотя отклонений ждать стоило, всё-таки органоид для мозга был чужой.

Крысам также пересаживали органоид из нейронов с синдромом Тимоти — так называют сложное генетическое заболевание, которое проявляется в том числе аномальным развитием мозга. Нейроны в органоиде действительно получились с аномалиями; например, их отростки-дендриты были устроены проще, чем нейроны в органоиде без синдрома. Очевидно, пересадку человеческого органоида-цереброида в крысиный мозг можно использовать, чтобы подробнее изучить различные психоневрологические болезни и те генетические мутации, которые делают их более вероятными.

Пересаживать человеческие нейроны в мозг грызунов пробовали и раньше, и мы писали про некоторые из таких экспериментов. Но в тех исследованиях пересаживали именно как нейроны, выросшие в обычной клеточной культуре. На сей раз они появились в крысином мозге, будучи сами уже объединены в «микромозг» — скорее всего, в этом случае после пересадки они должны вести себя более естественно.