Zinātnieki ir izaudzējuši unikālu organoīdu, kas atdarina visas smadzenes

Džona Hopkinsa universitātes pētnieki ir izaudzējuši unikālu cilvēka smadzeņu organoīdu, kas satur nervu audus un rudimentārus asinsvadus. Šis izgudrojums varētu būt izrāviens tādu neiropsihiatrisku traucējumu kā autisms izpētē.

“Mēs esam radījuši nākamās paaudzes organoīdu,” sacīja vadošā autore Annija Katūrija, JHU Biomedicīniskās inženierijas katedras docente, kas pēta smadzeņu attīstību un neiropsihiatriskas slimības. “Parasti pētījumos tiek radīti organoīdi, kas pārstāv tikai vienu smadzeņu daļu — garozu, pakaļsmadzenes vai vidussmadzenes. Mums izdevās izaudzēt rudimentāru veselu smadzeņu organoīdu, ko mēs saucam par daudzreģionālu smadzeņu organoīdu (MRBO).”

Šis darbs, kas publicēts žurnālā “ Advanced Science”, ir viens no pirmajiem gadījumiem, kad zinātnieki ir izveidojuši organoīdu, kas ietver audus no visiem galvenajiem smadzeņu reģioniem, kas mijiedarbojas viens ar otru. Tas ir īpaši svarīgi, pētot slimības, kas ietekmē visas smadzenes, piemēram, šizofrēniju vai autismu. Līdz šim šādi pētījumi galvenokārt tika veikti ar dzīvnieku modeļiem.

Lai audzētu MRBO, Kathuria komanda vispirms atsevišķos traukos kultivēja neironu šūnas no dažādām smadzeņu daļām, kā arī rudimentārus asinsvadus. Pēc tam viņi savienoja šīs daļas, izmantojot īpašus "līmes" proteīnus, ļaujot audiem augt kopā un sazināties. Organoīdam augot, sāka parādīties elektriskie signāli, kas norādīja uz neironu tīkla aktivitāti.

Izveidotajā organoīdā bija iekļauts plašs neironu šūnu klāsts, kas līdzīgs tām, kas atrodas cilvēka embrija smadzenēs 40. attīstības dienā. Laboratorijā izveidotajai mini smadzeņu struktūrai izdevās reproducēt aptuveni 80% šūnu tipu, kas raksturīgi cilvēka smadzeņu attīstības agrīnajai stadijai.

Lai gan MRBO ir ievērojami mazāks nekā īstās smadzenes (apmēram 6–7 miljoni neironu pretstatā desmitiem miljardu pieaugušajam), tas nodrošina unikālu platformu smadzeņu attīstības izpētei kopumā.

Organoīds parādīja arī agrīnu asins-smadzeņu barjeras formu — šūnu slāni, kas kontrolē vielu nonākšanu smadzenēs.

“Ja vēlamies izprast neiroloģiskās attīstības traucējumus vai psihiskas slimības, mums jāstrādā ar cilvēka šūnām. Taču es nevaru vienkārši lūgt kādam “aizdot” man savas smadzenes autisma pētīšanai,” skaidro Katūrija. “Visaptveroši smadzeņu organoīdi ļauj mums reāllaikā novērot slimības progresēšanu, testēt ārstēšanas metodes un pat izstrādāt pielāgotas terapijas.”

Zinātnieki norāda, ka šādu organoīdu izmantošana jaunu zāļu testēšanā varētu uzlabot klīnisko pētījumu efektivitāti. Pašlaik 85–90 % zāļu neiztur I fāzes pētījumus ar cilvēkiem, un neiropsihiatrisko zāļu gadījumā neveiksmju līmenis ir vēl augstāks — līdz pat 96 %. Tas ir tāpēc, ka dzīvnieku modeļi galvenokārt tiek izmantoti agrīnās attīstības stadijās, savukārt MRBO labāk atveido cilvēka smadzeņu attīstību un var kalpot kā precīzāks modelis.

“Šizofrēnija, autisms un Alcheimera slimība ietekmē visas smadzenes, ne tikai atsevišķus reģionus,” saka Katūrija. “Ja mēs varam saprast, kas notiek nepareizi agrīnākajos attīstības posmos, mēs varam atrast jaunus terapijas un zāļu izstrādes mērķus. Mēs varam testēt zāles tieši šajos organoīdos un novērtēt to efektivitāti, pirms tās nonāk klīniskajos pētījumos ar cilvēkiem.”