В лаборатории впервые воссоздали естественное поведение клеток мозга
Ученые из Университета Джонса Хопкинса (США) вместе с экспертами Национального исследовательского совета Италии сделали шаг, который долгое время казался недостижимым. Им удалось создать среду, позволяющую астроцитам — самым многочисленным и в то же время наименее изученным клеткам мозга — развиваться вне живого организма так же, как внутри него. Результаты опубликованы в Advanced Science.
Астроциты называют «служебными» клетками, хотя их значение трудно переоценить. Они участвуют в передаче сигналов между нейронами, регулируют химический состав окружающей среды, поддерживают гематоэнцефалический барьер и формируют каркас для нейронных сетей. Но из-за того, что на плоской поверхности лабораторных чашек эти клетки мгновенно теряют звездообразную форму и становятся плоскими, ученые десятилетиями сталкивались с ограничениями в изучении их поведения.
Соавтор исследования Ишан Барман признает, что морфологическое разнообразие астроцитов до сих пор остается загадкой.
«Мы мало знаем о механизмах, которые заставляют их менять форму», — объясняет он.
Поэтому перед командой стояла задача, которая звучала просто, но оказалась крайне сложной технически — добиться, чтобы клетки сохраняли свою естественную форму, как в живом организме, но при этом выращивались в лабораторных условиях.
Помогли нанопроволоки
В поисках решения исследователи создали прозрачный мат из множества тонких стеклянных волокон. Он не просто повторяет структуру мозговой ткани, но и дант клеткам возможность опираться на основу, напоминающую настоящие нервные волокна.
Когда астроциты были посажены на эту поверхность, они проявили себя совершенно иначе, чем на обычном стекле: клетки начали формировать ветвящиеся отростки, возвращая свою характерную звездообразную архитектуру.
«Астроциты восстанавливают свою морфологию, разветвляются и созревают так же, как это происходит в мозге», — отмечает Аннализа Конвертино.
Но прорыв не ограничился только внешним видом клеток. Платформа была объединена с современной технологией визуализации, позволяющей получать объемные изображения без флуоресцентных красителей. Такие красители могут изменять поведение клеток, поэтому метод без меток дает максимально чистое представление о том, что происходит в культуре. Теперь ученые могут фиксировать мельчайшие перестройки, прослеживая, как астроциты растут, уплотняют свои структуры и образуют сложные сети.
Аспирантка Анушка Гупта подчеркивает значение этой возможности:
«Наконец-то появилась возможность точно количественно оценить морфологию астроцитов».
Что это значит для изучения заболеваний мозга
Роль астроцитов в патологиях центральной нервной системы становится все более очевидной. Их дисфункция обнаруживается при болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, а также при ряде травм и воспалительных процессов. Новый инструмент позволяет исследователям наблюдать, как меняется структура и работа клеток на ранних этапах, когда болезнь только зарождается.
Платформа нанопроводов усиливает и модели «мозг на чипе», где важна максимальная приближенность условий к живому мозгу. Органоиды также выигрывают от возможности добавлять клетки, сохраняющие естественную форму, что делает такие системы более точными.
Барман считает развитие технологии ключевым моментом:
«Это большой шаг вперед по сравнению с нынешними "плоскими вариантами" и важный этап на пути к более реалистичным системам "мозг на чипе”».
По его словам, такой подход позволит иначе взглянуть на механизмы старения, реакцию тканей на лекарства и последствия повреждений мозга.
