Ученые впервые вырастили в чашке кору мозга с сосудами
В лабораторной чашке выращен миниатюрный аналог развивающейся коры головного мозга — области, отвечающей за мышление, память и решение задач. Эта модель обладает собственной системой кровеносных сосудов, почти неотличимой от настоящей. Подобный клеточный комок — один из самых детальных органоидов мозга на сегодня, и он позволит глубже понять работу этого сложного органа.
Мозговые органоиды, иногда называемые «мини-мозгами», обычно выращивают в чашках Петри, помещая стволовые клетки в питательную среду с химическими стимуляторами, которые заставляют их формировать клеточные шарики. С момента своего создания в 2013 году эти структуры, напоминающие мозг плода или новорожденного, позволили получить новые данные о таких состояниях, как аутизм, шизофрения и деменция.
Однако у органоидов есть серьезный недостаток: обычно они начинают отмирать через несколько месяцев. Дело в том, что полноценный мозг пронизан сетью кровеносных сосудов, доставляющих кислород и питательные вещества, а органоиды могут поглощать их только из питательной среды, из-за чего внутренние клетки голодают. Это ограничивает размер, сложность и степень сходства моделей с развивающимся мозгом.
«Это очень большая проблема», — признает Лоис Кистемакер из Мозгового центра Университетского медицинского центра Утрехта.
В Калифорнийском университете в Сан-Франциско два месяца выращивали человеческие стволовые клетки в чашках Петри, получив так называемые «кортикальные органоиды», имитирующие развивающуюся кору головного мозга. Параллельно были выращены органоиды из клеток кровеносных сосудов, которые поместили по обе стороны кортикального органоида. Через пару недель сосуды равномерно разрослись по миниатюрным мозгам.
О плодах своего непростого труда ученые рассказали в препринте на bioRxiv. Главным своим достижением они считают, что, как показала визуализация, сосуды получились с просветом — совсем как естественные.
«Воссоздание сосудистых сетей с просветом, как в настоящих кровеносных сосудах, впечатляет. Это серьезный шаг вперед», — считает Мадлен Ланкастер из Кембриджского университета, впервые создавшая мозговые органоиды.
Предыдущие попытки снабдить мозговые органоиды сосудами не позволяли воспроизвести эту важную деталь, плюс сосудистая сеть получалась неравномерной. Более того, в новом эксперименте сосуды не только структурно, но и генетически больше похожи на те, что существуют в реальном развивающемся мозге, формируя улучшенный гематоэнцефалический барьер, который защищает мозг от патогенов, одновременно пропуская питательные вещества и отходы, отмечает Кистемакер.
По словам Ланкастер, эти результаты указывают, что сосуды с большей вероятностью смогут доставлять питательную жидкость и поддерживать жизнь органоидов. «Для создания по-настоящему функциональных сосудов нужна система постоянной прокачки крови, как это делает сердце, причем в определенном направлении: обогащенная кислородом кровь (или ее заменитель) поступает, а обедненная — удаляется. До этого нам еще далеко», — заключила она.
