Множественные опухоли головного мозга у детей, такие как кортикальные глиомы, развиваются в коре, то есть во внешнем слое и самой большой части мозга. В настоящее время около шести из десяти детей выживают после того, как у них диагностировали злокачественную опухоль центральной нервной системы. Исследования, направленные на лучшее понимание того, как возникают и развиваются опухоли головного мозга, могут помочь ученым в поиске возможных целей для лечения.

Для изучения развития головного мозга и опухолей ученые используют органоиды: 3D-мини-органы или мини-опухоли, выращенные в лаборатории. В новом исследовании команда из Центра принцессы Максимы и Института Хубрехта создала новый органоид коры головного мозга, который лучше представляет человеческий орган.

Более точные модели

Исследование было проведено под руководством Бенедетта Артеджиани и Далилы Хендрикс. Новый органоид коры, который они создали, более точно представляет человеческий мозг во многих аспектах: его форме, архитектурной организации и некоторых свойствах клеток.

Формирование человеческого мозга начинается с единственной структуры, называемой нервной трубкой, которая состоит из специфической ткани — нейроэпителия. Именно из него развивается все многообразие клеток, присутствующих в различных частях мозга.

"Современные органоидные модели мозга обычно имеют несколько структур, действующих как "независимый" маленький развивающийся мозг внутри одного органоида. Исследователи долгое время пытались сдержать образование этих множественных структур, чтобы уменьшить изменчивость, повысить воспроизводимость, лучше воссоздавать различные клеточные особенности мозга и, в конечном итоге, более точно воспроизводить его развитие. В этом исследовании новая органоидная модель состоит только из  самоорганизующегося нейроэпителия", — говорит Артеджиани.

"В результате появились мини-мозги, которые по форме и структуре сильно отличаются от тех, с которыми мы привыкли работать. Эти органоиды в целом больше напоминают ранние стадии развития мозга", — отмечает его коллега, первый автор исследования Анна Пальяро.

Исследователи назвали новые мини-мозги расширенными органоидами нейроэпителия (ENO) в честь ткани, используемой для их выращивания. Важнейшую роль в процессе сыграла сигнальная молекула (TFG-b), при помощи которой ученые "отдавали приказы" клеткам, чтобы те начинали делиться и превращаться в другие клетки мозга. Выяснилось, что для успешного развития нужно, чтобы процесс происходил очень медленно. "Это крошечное изменение оказало огромное влияние и позволило нам создавать органоиды, по форме и идентичности более похожие на человеческий мозг", — говорит Хендрикс.

Следующие шаги

Опухоли головного мозга у детей могут возникать в результате необычного или ошибочного процесса развития. Новые модели позволят понять, что именно могло пойти не так. Сигнальная молекула, которую исследователи использовали для создания органоидов, часто изменяется при опухолях головного мозга у детей, что также позволяет предположить, что возникновение рака может быть связано с изменениями в развитии мозга. Теперь, когда исследователи понимают, что временные градиенты имеют большое значение для создания более точных органоидов, это исследование открывает путь к разработке органоидов головного мозга, все более и более похожих на развивающийся человеческий мозг.

"Мы можем использовать эти новые органоиды в качестве основы для моделирования опухолей головного мозга у детей и более глубоко изучить роль передачи сигналов TFG-b в этом процессе. Наше исследование знаменует собой важный шаг в создании правильных моделей для изучения рака мозга у детей. Если такое небольшое изменение сигнальной молекулы оказывает насколько серьезное влияние на органоидные модели мозга, мы можем только представить, какое влияние могут оказать небольшие изменения во времени на развитие опухолей головного мозга у детей", — говорит Артеджиани.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.