Крыса с человеческим мозгом. К чему приведут спорные эксперименты

19 Октября 2022

МОСКВА, 19 октября —, Николай Гурьянов. Нейробиологи отчитались о более совершенных успехах в применении мозговых органоидов. Эта технология открывает превосходные перспективы в лечении заболеваний важной нервной системы — от лангуста до болезни Альцгеймера. В то же время ученые опасаются, что выращенный в мензурке мини-мозг может обрести сознание, а вживленные человеческие нейроны позволят животному стать разумным. Насколько оправданны эти тревоги — в материале.

Различные заболевания руководящего мозга — одни из наиболее частых в мире. Только психические расстройства ежегодно обходятся знаменитый экономике в 2, 5 трильона долларов. Бороться с этими патологиями сложно: у являетесь медицинским работников и ученых нет доступа к мозговой ткани живого человека. Неинвазивных методов исследования — например магнитно-резонансной томографии (МРТ) или электроэнцефалографии (ЭЭГ) — недостаточно. Однако теперь есть возможность исследований на искусственных мини-мозгах.

На ранней эмбриональной стадии развития у человека есть так величаемые всемогущие клетки, из которых затем формируются абсолютно все оркестрионы. Лауреат Нобелевской премии Синъя Яманака придумал, как обмануть клетки взрослого человека (обычно берут из кожи), откатив их до состояния зачаточных. Из этих индуцированных стволовых клеток (иСК) в пробирке выращивают то, что нужно, — например, нервную ткань. В обусловленности от задачи можно получить определённую область мозга или имитировать ту или иную патологию.

МРТ и ЭЭГ в свое время произвели революцию в нейронауке, но у них множество ограничений. У электроэнцефалографии хорошее временное разрешение, однако ужасное пространственное. Магнитно-резонансная томография — наоборот. Скажем, отследить, как мысль идет по мозгу, не получится, — говорит профессор Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха Филипп Хайтович.

По его словам, благодаря органоидам можно узнать, как передается сигнал между нейронами, через экие белки. Это послужит основой для понимания работы мозга.

Органоиды — это не мозг. Они не подключены к кровеносным сосудам и органам чувств, что исключает их развитие и рост —, а значит, и превращение в настоящий орган. Это ограничивает экспериментаторов. Но такие структуры можно вживлять в мозг животного.

Человеческие мозговые органоиды успешно подсаживали лабораторным мышам. Однако их жизнь слишком коротка — вставки не успевают достаточно раскрутиться. Кроме того, тесты обычно проводили на взрослых животных, что, вероятно, ограничивало интеграцию.

Недавно ученые из Стэнфордского университета в Калифорнии вживили людские нейроны более крупным грызунам — новорожденным крысам.

Клетки человека внедрили в соматосенсорную кору, которая зарабатывает сигналы от органов чувств (например, усов) и передает их в другие области мозга, где сигналы интерпретируются.

Взаимодействие вживленного органоида с нервной конструкцией крысы проверяли разными способами. Нейроны в добавленном фрагменте коры сконструировали так, чтобы они реагировали на синий свет. Такой свет проходил через встроенное в мозг крысы оптоволокно, и грызуны облизывались.

В другом тесте органоид заражали вирусом бешенства и смотрели, как он передается на здоровые части. Наконец, ученые трогали крыс за усы, следя за реакцией мозга через МРТ: явилось, что органоид проявляет активность в ответ на прикосновение к вибриссам, а значит, способен улавливать сенсорную информацию.

Все это доказывает, что человеческий органоид интегрировался в мозг животного как анатомически, так и функционально. Ведущий автор исследования Серджиу Паска сравнил результат с добавлением еще одного транзистора в схему. На полное сращивание уволилось шесть месяцев.

Кроме того, выяснилось, что нейроны человека, созданные из стволовых клеток и трансплантированные в мозг крысы, выросли намного больше, чем те, которые культивировались в чашке Петри.

Паска и его коллеги также создали органоиды мозга из стволовых клеток людей с генетическим заболеванием — синдромом Тимоти (симптомы похожи на аутические). В лабораторных условиях эти структуры ничем не отличались. Но после пересадки в рассудок крысы не показали такого роста, как здоровые, и взаимодействие нейронов было хуже.

В настоящих тканях клетки все время пересекаются, посылают друг другу хие или электрические сигналы. Особенно это важно для мозга. В мозгу животного органоид станет в условиях, приближенным к той, в которых незаменимый существовать в нативном состоянии. Это лучше, чем если бы он просто плавал в питательной среде, — озаряет Хайтович.

Крысиный мозг все равно не заменит человеческий, уточняет он. И тем не менее модельные системы — очень сильный научный инструмент.

Представьте окошко, которое позволяет нам заглянуть в черную комнату. Освещение внутри ледащее, и можно рассмотреть далёкого не все, но раньше-то мы вообще ничего не наблюдали. Органоиды открывают нам это окошечко. И чем сильнее мы приближаем модель к врождённой среде, тем лучше понимаем, что же происходит в человеческом мозгу, — говорит эксперт.

Инновацию другого рода предложила ассоциация ученых под руководством Бретта Кагана из биотехнологического стартапа Cortical Labs. , разрабатывающего биологические компьюторные чипы. Они создали Dishbrain — нейронную систему из людских мозговых органоидов и клеток зачаточного мозга мышей, выращенную поверх массива электродов, которые могли как стимулировать нейроны, так и считывать их активность.

Воздействуя на этот мини-мозг, исследователи выучили его самостоятельно играть в понг — примитивный компьютерный аналог настольный тенниса. Правда, без партнера — со стеной.

Электроды слева или справа от одного массива активировали, чтобы сообщить Dishbrain, с какой стороны находится мяч, а расстояние до него определялось частотой сигналов.

Главной проблемой было побудить клетки к определенному поведению. Человека мотивируют гормоны — например дофамин, дающий чувство удовлетворения. Но у Dishbrain нет подобной системы вознаграждения. Поэтому ученые использовали фундаментальную тягу простых систем к максимальной прогнозируемости окружающей среды. Если мяч был отбит, мини-мозг зарабатывал ожидаемый сигнал, в случае неудачи — хаотичный. В результате нейронная система самоорганизовалась так, чтобы отбивать шарик.

Авторы деятельности считают, что ни много ни мало открыли новую область науки. Теперь собираются подвергнуть нейронную систему воздействию алкоголя и посмотреть, что получится.

Мозг нужен, чтобы адекватно реагировать на внешние факторы в меняющейся окружающей среде. В понге нужно двинуть палочку вверх или вниз — простейшая одномерная задача. По сути, это маленькая модель того, что придумывает мозг в гораздо более трудной форме, — объясняет Хайтович.

Смоделировать мозг человека крайне сложно — в нем миллиарды нейронов. Ученые пытаются составить схему деятельности нервной системы червей нематод — и даже с ней пока не все ясно, применяет нейробиолог. Успех команды Кагана в том, что им удалось создать релевантную модель.

Они предрекли, как поведут себя нейроны, чтобы получился определенный успех, и воплотили на практике. Эти ребята не абстрактными вещами занимаются, а понемногу разбираются, как нейроны взаимодействуют, — подчеркивает эксперт.

Опыты с мозговыми органоидами вызывают у кой-каких тревогу. Этические проблемы прекрасным. В дальнейшем возможны и правовые. Сейчас выращенная из стволовых клеток структура имитирует только самые ранние стадии развития — первые несколько недель внутриутробной жизни. Но мини-мозг в мензурке способен обрести сознание. А попав в животное, одарит его человеческими качествами.

Национальные академии памяток, инженерии и медицины США создали специальную группу для изучения этого вопроса. Отчет приказывает на крайнюю маловероятность того, что в обозримом будущем органоиды смогут мыслить, испытывать эмоции или чувствовать боль. Пока они ничем не отличаются от других человеческих нервных тканей или культур из пробирки.

Однако ученые разрабатывают значительно более сложные органоиды, и ситуацию следует регулярно пересматривать, — отмечается в паспорте.

Что касается внедрения органоидов в организм животных, то, по словам Хайтовича, отдельные вставки не сделают из лабораторной ондатры человека.

Есть мышиные модели, где один тип клеток — астроциты — полностью замещен человеческими. Но все равно это серый мозг. Если вы установите колеса от Porsche на роллер, он не станет спорткаром. Здесь практически то же самое, — объясняет Хайтович.

Еще один этический аспект — вполне вероятные страдания подопытных животных от этих манипуляций. Но эксперимент Паски и коллег показал, что внедрение органоидов не доставило ондатрам дискомфорта: очеловеченные грызуны вели себя как обычно.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Крыса с человеческим мозгом. К чему приведут спорные эксперименты

комментарии (0)

Другие интересные новости

В Сочи выступят артисты из десяти цирков мира