Заболевания головного мозга — инсульт, слабоумие, в том числе болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, инфекции и рак — являются основной причиной инвалидности и второй по значимости причиной смерти во всем мире. Несмотря на крупные инвестиции в фундаментальные и клинические исследования, большинство этих заболеваний остаются неизлечимыми.

В лабораториях для изучения мозга применяются мышиные модели. Но последние десять лет ученые исследовали возможность использования органоидов человеческого мозга в качестве альтернативы. Это миниатюрные модели, созданные из плюрипотентных стволовых клеток. Они больше напоминают полноразмерный мозг, чем обычные двумерные клеточные культуры, и на их основе исследуют межклеточные сетевые взаимодействия.

До сих пор для того, чтобы придать сети белков и молекул нужную структуру, часто использовалось вещество под названием Matrigel, полученное из сарком мыши. Этот метод имеет существенные недостатки, связанные с относительно неопределенным составом и изменчивостью от партии к партии.

В последнем исследовании ученые из Мичиганского университета предлагают решение для преодоления недостатков полученного от мышей вещества. Команда создала новый метод культивирования, в котором используется модифицированный внеклеточный матрикс.

"Этот прогресс в разработке органоидов человеческого мозга, свободных от компонентов животного происхождения, позволит добиться значительных успехов в понимании биологии развития нервной системы", — говорит старший автор исследования Йорг Лаханн.

Прогресс в лечении

Ученые разработали внеклеточные матрицы из человеческого фибронектина, белка, который служит основой для прикрепления, дифференцировки и созревания стволовых клеток. Структура поддерживается высокопористым полимерным каркасом.

При помощи нового метода органоиды культивировали в течение нескольких месяцев, пока сотрудники лаборатории не могли войти в здание из-за пандемии COVID-19. Затем ученые проанализировали состав белков и обнаружили, что органоиды образовали спинномозговую жидкость, которая гораздо более точно соответствовала спинномозговой жидкости взрослого человека, по сравнению с Matrigel.

"Когда наш мозг естественным образом развивается внутриутробно, он, конечно же, не растет на ложе из внеклеточного матрикса, продуцируемого раковыми клетками мыши, — говорит первый автор исследования Айше Муньиз. — Поместив клетки в сконструированную нишу, которая больше напоминает их естественную среду, мы будем наблюдать различия в развитии органоидов".

Успех открывает двери для их перепрограммирования с помощью клеток самих пациентов с нейродегенеративными заболеваниями.

"Существует возможность взять стволовые клетки у пациента с таким заболеванием, как боковой амиотрофический склероз или болезнь Альцгеймера, и, по сути, создать его мини-мозг, чтобы исследовать возможные методы лечения или смоделировать, как будет прогрессироват болезнь, — объясняет соавтор исследования Ева Фельдман. — Эти модели откроют еще один путь для прогнозирования заболеваний и изучения лечения на индивидуальном уровне для состояний, которые часто сильно различаются от человека к человеку".

Исследование было опубликовано в Annals of Clinical and Translational Neurology.