Команда биомедицинских инженеров из Университета Джонса Хопкинса совершила прорыв, создав первые в мире многорегиональные органоиды головного мозга (MRBOs). Эти структуры представляют собой миниатюрные модели, содержащие взаимосвязанные и функциональные ткани из всех основных отделов человеческого мозга, работающие как единая нейронная сеть. Исследование под руководством ведущего автора Энни Катурии было опубликовано в журнале Advanced Science.
Процесс создания этих сложных структур начинается с выращивания в лабораторных чашках нейронных клеток из отдельных областей мозга вместе с примитивными кровеносными сосудами. Затем исследователи соединяют эти разрозненные регионы с помощью липких белков, которые описываются как «биологический суперклей». Этот метод способствует формированию связей между тканями, позволяя им срастаться и начинать функционировать как целостная система.
Каждый органоид, несмотря на свой размер, содержит от шести до семи миллионов нейронов. Эта цифра значительно меньше десятков миллиардов нейронов во взрослом человеческом мозге, однако электрическая активность, генерируемая этими нейронными массами, сопоставима с активностью мозга 40-дневного человеческого плода.
В составе органоидов присутствует до 80 процентов типов клеток, которые обычно обнаруживаются на ранних стадиях развития эмбрионального мозга. Одним из ключевых достижений стало формирование в структуре органоида раннего гематоэнцефалического барьера — защитного клеточного слоя, который строго контролирует доступ молекул из крови в мозг.
Этот прорыв решает одно из главных ограничений в данной области. Большинство предыдущих органоидов были ограничены одним регионом мозга, таким как кора, задний или средний мозг. Создание целостной модели открывает возможности для изучения сложных взаимодействий между различными отделами.
Новая технология имеет критическое значение для разработки лекарств. По статистике, от 85 до 90 процентов всех препаратов проваливаются на первой фазе клинических испытаний. Для нейропсихиатрических лекарств этот показатель достигает 96 процентов. Основной причиной является зависимость от моделей на животных, например, на лабораторных крысах, чей мозг недостаточно точно имитирует человеческий.
MRBOs предлагают более точную человеческую модель для тестирования препаратов, что потенциально ускорит и удешевит их разработку. Это позволит не только проверять эффективность существующих соединений, но и выявлять совершенно новые мишени для скрининга лекарств.
Органоиды позволяют исследователям наблюдать за развитием неврологических и нейропсихиатрических расстройств в реальном времени. Это крайне важно для понимания таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, аутизм и шизофрения. Цель — выяснить, что именно идет не так на ранних этапах развития, чтобы найти новые способы лечения.
Сами по себе органоиды мозга создаются из плюрипотентных стволовых клеток человека. Они не обладают сознанием или самоощущением, но способны демонстрировать базовые когнитивные функции, такие как запоминание и обучение.
Технология прошла значительный путь эволюции. Изначально модели были двухмерными, но современные трехмерные композиции демонстрируют расширенные возможности. Ранее такие органоиды уже использовались для игры в примитивную версию Pong и для управления небольшими роботами.
В долгосрочной перспективе эти разработки могут ускорить прогресс в создании интерфейсов «мозг-компьютер». Кроме того, они открывают путь к потенциальному созданию новых форм искусственного интеллекта на основе органоидов.
Изображение носит иллюстративный характер
Процесс создания этих сложных структур начинается с выращивания в лабораторных чашках нейронных клеток из отдельных областей мозга вместе с примитивными кровеносными сосудами. Затем исследователи соединяют эти разрозненные регионы с помощью липких белков, которые описываются как «биологический суперклей». Этот метод способствует формированию связей между тканями, позволяя им срастаться и начинать функционировать как целостная система.
Каждый органоид, несмотря на свой размер, содержит от шести до семи миллионов нейронов. Эта цифра значительно меньше десятков миллиардов нейронов во взрослом человеческом мозге, однако электрическая активность, генерируемая этими нейронными массами, сопоставима с активностью мозга 40-дневного человеческого плода.
В составе органоидов присутствует до 80 процентов типов клеток, которые обычно обнаруживаются на ранних стадиях развития эмбрионального мозга. Одним из ключевых достижений стало формирование в структуре органоида раннего гематоэнцефалического барьера — защитного клеточного слоя, который строго контролирует доступ молекул из крови в мозг.
Этот прорыв решает одно из главных ограничений в данной области. Большинство предыдущих органоидов были ограничены одним регионом мозга, таким как кора, задний или средний мозг. Создание целостной модели открывает возможности для изучения сложных взаимодействий между различными отделами.
Новая технология имеет критическое значение для разработки лекарств. По статистике, от 85 до 90 процентов всех препаратов проваливаются на первой фазе клинических испытаний. Для нейропсихиатрических лекарств этот показатель достигает 96 процентов. Основной причиной является зависимость от моделей на животных, например, на лабораторных крысах, чей мозг недостаточно точно имитирует человеческий.
MRBOs предлагают более точную человеческую модель для тестирования препаратов, что потенциально ускорит и удешевит их разработку. Это позволит не только проверять эффективность существующих соединений, но и выявлять совершенно новые мишени для скрининга лекарств.
Органоиды позволяют исследователям наблюдать за развитием неврологических и нейропсихиатрических расстройств в реальном времени. Это крайне важно для понимания таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, аутизм и шизофрения. Цель — выяснить, что именно идет не так на ранних этапах развития, чтобы найти новые способы лечения.
Сами по себе органоиды мозга создаются из плюрипотентных стволовых клеток человека. Они не обладают сознанием или самоощущением, но способны демонстрировать базовые когнитивные функции, такие как запоминание и обучение.
Технология прошла значительный путь эволюции. Изначально модели были двухмерными, но современные трехмерные композиции демонстрируют расширенные возможности. Ранее такие органоиды уже использовались для игры в примитивную версию Pong и для управления небольшими роботами.
В долгосрочной перспективе эти разработки могут ускорить прогресс в создании интерфейсов «мозг-компьютер». Кроме того, они открывают путь к потенциальному созданию новых форм искусственного интеллекта на основе органоидов.
