Ученые в США (1я фамилия К. Когановский, зав.лаб - С.Пашки) освободили место в мозге мышей ("генетическая абляция"), отключив развитие собственной коры и гиппокампа у 7 мышек.
В результате значительная часть полости черепа у новорожденных мышат оказалась незаполненной.
Туда в первые сутки после рождения имплантировали человеческие органоиды коры мозга (3D структуры, "мини-мозги"), выращенные из стволовых клеток человека
Через 2–3 месяца человеческая ткань выросла ~в 5 раз и заполнила 90% доступного пространства (по МРТ).
Хитрость №1:
Мыши - "альтрициальные" - незрелорождающиеся животные. Основной рост мозга завершается внутриутробно, но он относительно незрелый, и значительная часть развития коры происходит уже после рождения.
Люди - прекоциальные (зрелорождающиеся) - большая часть нейрогенеза и основной архитектуры коры формируется внутриутробно, а после рождения идёт преимущественно рост, миелинизация и синаптогенез.
Хитрость №2:
Первые 2 суток - критическое окно, в которые мозг ещё очень пластичен и трансплантат смог встроиться. Для человека это соответствует последним неделям беременности.
Кроме того, в этом периоде не формируется глиальный рубец, нейроны не отторгаются и человеческие клетки получают доступ к факторам роста и сигналам, которые поддерживают их экспансию.
Человеческие нейроны протянули отростки глубоко в спинной мозг мыши и образовали функциональные связи с её родной нервной системой (их активность подтвердили в шее по оптогенетическим и кальциевым индикаторам).
Однако, внутри мозга человеческие нейроны не полностью интегрируются с таламусом, базальными ганглиями и другими структурами, нужными для сложного поведения.
Секвенирование РНК на уровне отдельных клеток подтвердило, что в мозге выросли различные кластеры чисто человеческих нейронов, включая нейроны фон Экономо (VEN). Это крупные веретенообразные клетки с характерной биполярной/«штопорообразной» морфологией, обнаруживаемые у людей, человекообразных обезьян, китов и слонов. Они связаны с социальным познанием и одними из первых погибают при лобно-височной деменции.
Вырастить подобные нейроны in vitro раньше не получалось!
Хуже чем у мышей:
Несмотря на значительный объем "человеческого мозга", базовое поведение оставалось в целом мышиным. В тестах на рабочую память (Y-лабиринт) мыши с трансплантом превосходили "безмозглых" мышей (с генетической абляцией, тех что остались без трансплантации), но не достигали уровня здоровых мышей!
*Y-лабиринт - Мышь должна помнить, в какое «плечо» она только что зашла, и предпочитать новое. Здоровые мыши чередуют входы примерно в 60–70% случаев. Мыши без коры/гиппокампа — на уровне случайного выбора (~50%), потому что им нечем помнить.
Как у людей:
При экспериментальной гипоксии (кислородном голодании) в неонатальном периоде человеческие нейроны в транспланте демонстрировали воспалительный ответ, характерный для повреждений у недоношенных детей. Тогда как для родных мышиных нейронов гипоксия была не столь страшна.
Это открывает возможность моделирования ДЦП и других гипоксически-ишемических поражений.
Сознание?
Исследование было сознательно остановлено на возрасте графта около 6 месяцев. Нейроны в графте на момент анализа соответствовали по степени зрелости третьему триместру внутриутробного развития человека. Это ключевой момент для этико-правовой дискуссии: авторы и независимые биоэтики (в частности, Нита Фарахани, Duke Law) прямо указывают, что эксперимент был прекращен до момента, когда можно было бы ожидать появления маркеров сознания. Тут есть над чем поспорить.
"Ксенокортикальная трансплантация будет полезна для получения данных на уровне нейронных цепей и поведения с использованием человеческих нейронов для изучения развития нервной системы, моделирования заболеваний и разработки методов лечения."
🖼 На фото трансплантированная ткань человеческого мозга (зеленым и красным), которая проросла нервными волокнами в мозг мыши (синий)