Наука и техника

Сайт посвящен машинному обучению, ИИ, ГМО и многому другому технологичному

Ученые вырастили функциональную нейронную сеть человека из стволовых клеток

Рабочая трехмерная модель ткани мозга человека, выращенная из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, дала больше возможностей для исследования взаимодействий между здоровыми и аномальными клетками мозга.

В ходе исследования под руководством нейробиологов из Университета Тафтса в Массачусетсе ученые вырастили маленькие мозги вне человеческого тела на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Статья о работе опубликована в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.

 

«Мы нашли подходящие условия для того, чтобы ИПСК дифференцировались в разные нейронные подтипы, а также астроциты, поддерживающие рост нейронных сетей», — рассказывает инженер-биомедик Дэвид Каплан.

 

Применение стволовых клеток для выращивания органоидов нервной ткани само по себе не ново. Уже какое-то время эта технология использовалась для создания моделей человеческого мозга, что позволило изучать его не только в стеклянном сосуде, но и в животных моделях.

 

Модель трехмерных искуственно выращенных клетки и тканей мозга / © Tufts University

 

Тем не менее с этим процессом связано немало сложностей в развитии таких сгустков ткани. Часто они вырастают в плотные кластеры, не позволяя кислороду циркулировать и не давая выбрать отдельные клетки, при этом сохраняя аутентичную, трехмерную структуру.

 

Выращивание нервных тканей в точное подобие сети из клеток мозга, которую можно изучить, требует идеального «рифа», на котором будут крепиться клетки, а также правильного окружения, которое бы способствовало их дифференцированию в правильные типы клеток.

 

Некоторые ученые используют для этого тканеподобные гидрогели, тогда как другие прибегают к пористым полистирольным каркасам. У каждого из подходов есть свои преимущества, но оба довольно дорогостоящие.

 

Новый метод смешивает все подходы, создавая паутинообразную матрицу из фиброина для распределения клеток, а затем погружает ее в коллагеновый гидрогель для достижения аутентичной несущей конструкции.

 

«Шелково-коллагеновые каркасы представляют собой правильную среду для производства клеток с генетическими сигнатурами и электрическими сигналами, присутствующими в естественных нейронных тканях», — объясняет Каплан.

 

Такая сбалансированная архитектурная конструкция — отличное жилище для стволовых клеток, где они могут обосноваться и развиться в разнообразные клетки, присутствующие в мозге взрослого человека.

 

За счет придания формы «пончика» структуре матрицы исследователи использовали центральное окно для наблюдения за ростом тканей в реальном времени. В будущем разные структуры могут помочь наблюдать за ростом и другими способами.

 

Учитывая сложности и этические проблемы в изучении роста и развития как здоровых, так и больных человеческих нейронных сетей, для исследования крайне важны способы анализа роста клеток мозга в естественной среде. Эти органоиды стали многообещающим шагом в нужном направлении.

 

«Рост нейронных сетей поддерживается и очень последователен в трехмерных моделях тканей, вне зависимости от того, используем мы клетки здоровых людей либо клетки больных Альцгеймером или Паркинсоном, — объясняет исследователь из Университета Тафтса Уильям Кэнтли. — Это предоставляет нам надежную платформу для изучения разных болезней и способность дольше наблюдать за тем, что происходит с клетками».

Биотехнологии, Медицина