Новый метод исследований поможет в лечении заболевания мозга. Об этом свидетельствует недавнее исследование в Боннском университете, в котором исследователи изучали развитие редкого врожденного дефекта мозга. Чтобы сделать это, они превратили клетки кожи пациентов в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Из этих клеток — «мастеров на все руки» они генерировали мозговые органоиды — маленькие трехмерные ткани, которые напоминают структуру и организацию развивающегося человеческого мозга. В настоящее время эта работа опубликована в журнале Cell Reports .
Исследования развития человеческого мозга с использованием клеток человека и выращивания их в культуре до сих пор были очень ограниченными: клетки в чашке Петри растут плоскими, поэтому они не отображают никакой трехмерной структуры. В качестве альтернативы предлагаются модельные организмы, такие как мыши. Однако человеческий мозг имеет гораздо более сложную структуру. Таким образом, нарушения развития человеческого мозга могут быть изучены только в ограниченной степени в модели на животных.
Ученые из Института реконструктивной нейробиологии в Боннском университете применили новейшую разработку в исследованиях стволовых клеток для преодоления этого ограничения: они выращивали трехмерные органоиды в клеточной культуры в чашке Петри, структура которых невероятно похожа на структуру человеческого мозга . Эти «мини-мозги» дают представление о процессах, которые протекают в нервных клетках, образующих очень сложные ткани.
«Таким образом, этот метод открывает совершенно новые возможности для исследования расстройств в архитектуре развивающегося человеческого мозга», — объясняет д-р Юлия Лэливиг, возглавляющая рабочую группу по развитию мозга.
Исследована редкая деформация мозга
В своей работе ученые исследовали синдром Миллера-Дикера. Это наследственное заболевание связано с хромосомным дефектом. Как следствие, у пациентов возникают уродства важных частей их мозга.
«У пациентов поверхность мозга имеет мало складок – извилин, вместо этого поверхность коры более или менее гладкая» — объясняет Вира Ефремова, аспирантка и ведущий автор исследования. Ранее причину изменений выяснить не удавалось.
Исследователи производили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из клеток кожи пациентов с синдромом Миллера-Дикера, из которых затем вырастали органоиды мозга.
В органоидах клетки мозга организуются сами собой — очень похоже на процесс в мозге эмбриона: стволовые клетки делятся; доля дочерних клеток развивается в нервные клетки; Они перемещаются туда, где они нужны. Эти процессы напоминают сложную оркестровую пьесу, в которой генетический материал машет дирижерской палочкой.
У пациентов с синдромом Миллера-Дикера этот процесс в корне нарушен.
«Мы смогли показать, что стволовые клетки по-разному делятся у этих пациентов» — объясняет доцент доктор Филипп Кох, который возглавлял исследование вместе с доктором Джулией Ладевиг.
«У здоровых людей стволовые клетки вначале экстенсивно размножаются и образуют организованные, плотно упакованные слои. Только небольшая их часть дифференцируется и превращается в нервные клетки» — рассказали ученые.
Определенные белки ответственны за плотную и ровную упаковку стволовых клеток. Образование этих молекул нарушается у пациентов Миллера-Дикера. Таким образом, стволовые клетки не настолько плотно упакованы и, в то же время, не имеют такого регулярного расположения. Эта бедная организация ведет, среди прочего, к дифференциации стволовых клеток на более ранней стадии.
«Изменение трехмерной структуры ткани, таким образом, вызывает изменение поведения деления», — говорит Ладивиг. «Эта связь не может быть идентифицирована у животных или в двумерных моделях клеточных культур».
Ученый подчеркивает, что именно в силу отсутствия ранее понимания процессов, невозможно было предложить адекватное лечение.
Комментировать