Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Органоиды мозга не могут думать, как мы, но они открывают путь к революционным исследованиям и способам лечения неврологических заболеваний.
Эти органоиды позволяют проводить тесты, которые были бы невозможны на живом мозге человека, и могут стать альтернативой использованию животных для лабораторных исследований.
Нынешняя наука способна на удивительные вещи: выбирать и объединять гены для получения, например, комаров, которые не распространяют малярию, и создавать "эмбрионы-химеры", то есть гибриды человека и обезьяны для изучения первых моментов развития жизни. Все виды органов уже можно вырастить искусственно для тестирования лекарств или изучения болезней.
Среди целого ряда так называемых органоидов наиболее поразительным оказался искусственно выращенный мозг, или "мини-мозг". На самом деле, мини-мозг – достаточно противоречивый термин. Хотя его используют во многих журнальных заголовках, он продолжает вызывать неоднозначную реакцию среди ученых, которые до сих пор не могут решить, как лучше его называть. Если говорить простым языком, то речь идет о клетках, выращенных в чашке Петри. Затем эти клетки группируются и в итоге производят процессы, похожие те, которые реально происходят в нашей голове.
Это еще не полноценный мозг, но упрощенная, миниатюрная модель этого органа (она достигает всего нескольких миллиметров и чем-то напоминает рисовое зернышко), которую можно использовать для проведения экспериментов. Надо отметить определенные достижения последних лет – для мини-мозга были выращены "глаза", а его импланты уже были внедрены в голову крысы. В целом подобные открытия могут привести к революции в науке.
Все начинается с такой простой вещи, как кусочек человеческой кожи, которые мы оставляем каждую ночь на простынях в нашей кровати. Ученые способны "перепрограммировать" и "перезапустить" эти клетки, вернув их в начальное состояние, то есть сделав их похожими на стволовые – в этот период они еще обладают способностью превращаться в любой тип клеток нашего организма.
Затем их "заставляют" эволюционировать в более специализированные структуры и создавать нейроны, взаимодействующие друг с другом. С этого момента в лаборатории открывается целый мир возможностей для проведения различных тестов, которые невозможно провести на основе живого человеческого мозга. И все это на основе довольно простого исходного материала.
Не надо боятся нового Франкенштейна
"Цель не в том, чтобы создать нового Франкенштейна", – отметил в интервью ABC Виктор Боррель Франко (Víctor Borrell Franco), исследователь из Института нейробиологии, совместного центра Национального исследовательского комитета Испании и Университета Мигеля Эрнандеса (CSIC-UMH). Он говорит с полным знанием дела: благодаря мини-мозгу его команда обнаружила ген, который три-четыре миллиона лет назад привел к росту коры головного мозга, самой большой и сложной части этого органа, что и сделало нас людьми. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Область исследований Борреля Франко – эмбриональное развитие, изучение того, как функционируют наши самые первые клетки в период, когда мы едва достигаем размера горошины. Эта область относится к числу наиболее продуктивных в использовании мини-мозга. На фоне бурного роста научных исследований, СМИ всего мира сообщали о мини-мозге с "глазами", "чудесных" органоидах, созданных для изучения происхождения зрения.
Эксперимент, опубликованный в журнале Cell Stem Cell, предполагал выращивание органоидов глазного бокала – структуры, из которой развивается почти все глазное яблоко, – но с одним небольшим дополнением: одновременно предстояло создать и мини-мозг. Как и у человеческих эмбрионов, на 50 день развития у мини-мозга уже были отчетливо выраженные "глаза".
Мало того, эти глазные бокалы содержали различные типы клеток сетчатки, которые были организованы в нейронные сети, реагирующие на свет. У них даже были хрусталики и ткани роговицы. Кроме того, "сетчатка" этих органоидов даже была связана с мини-мозгом.
Преимущество мини-мозга не ограничивается выяснением того, как формируются органы в утробе матери. Существуют также эксперименты, которые в недалеком будущем могут найти прямое применение в медицине. Боррель Франко указывает, например, на опубликованное в журнале Nature исследование кембриджских ученых, которые выращивали мини-мозг вместе со спинным мозгом мыши.
Через несколько дней после того, как мозг поместили в чашу Петри в окружении мышечной ткани, органоид сформировал длинные нейронные связи со спинным мозгом, образуя нечто похожее на центральную нервную систему. Он даже смог сокращать мышцы вокруг себя, как это делают двигательные нейроны в нашем мозге. "Это в будущем позволит, например, у пациентов, переживших инсульт, при котором часть их мозга отмирает, восстановить пострадавшие участки с помощью органоидов, созданных из клеток их собственной кожи. Это, безусловно, очень перспективная область", – отметил Боррель Франко.
Одно из последних революционных исследований, опубликованное в том же журнале в конце прошлого года, пошло еще дальше. Группе под руководством Серджиу Паска (SergiuPasça), румынского исследователя из Стэнфордского университета и одной из самых важных фигур в работе над органоидами, удалось внедрить мини-мозг из человеческих клеток в мозг крысы. Более того, этот трансплантат реагировал, когда животные получали какое-либо поощрение.
"Это очень важное достижение, потому что обычно органоиды не образуют соединительных тканей, таких как вены и артерии, поэтому пересадить их в живые организмы очень сложно", – объясняет в интервью ABC Гильермина Лопес-Бендито (Guillermina López-Bendito), научный сотрудник Института нейробиологии CSIC-UMH и сотрудник лаборатории Серджиу Паска. Главное было поместить эти органоиды в нужное место и в нужное время: в соматосенсорную кору (область, отвечающую за прием и обработку сенсорной информации со всего тела, например, прикосновения) молодых крыс, нейронные цепи которых еще не полностью сформированы.
"Это поистине революционная область и одно из самых важных достижений в нашем веке", – говорит Лопес-Бендито. Вскоре она приступит к выращиванию мини-мозга для изучения заболеваний мозга – своей специализации. "Это позволит нам наблюдать за генами, связанными с определенными патологиями, такими как эпилепсия, и разобраться, в чем дело. У нас появится возможность „вживую” увидеть явления, которые невозможно наблюдать на живых образцах мозга или эмбрионах", – добавила она.
Все еще в зачаточном состоянии
Лопес-Бендито говорит, что в будущем эти органоиды (хотя она предпочитает терминологию Паска, который называет их эмблоидами, поскольку они не образуют полноценного органа) придут на замену испытаниям на животных. "Мы сможем использовать их для тестирования различных лекарств и прогнозировать, как они будут действовать в человеческом мозге. Правда, всегда будет существовать разница с реальными человеческими клетками, но это в любом случае будет очень мощный инструмент для тестирования пробных препаратов", – объясняет она.
Однако и Боррель, и Лопес-Бендито согласны с тем, что эти эмблоиды, органоиды или мини-мозг все еще находятся в зачаточном состоянии. "Нам еще предстоит воспроизвести некоторые виды нейронных клеток, например, те, которые образуются в таламусе или стриатуме спинного мозга, – говорит исследователь. – Кроме того, необходимо будет обсудить некоторые этические вопросы". Речь идет, например, о получении человеческих биоматериалов или согласии доноров. Кроме того, многие уже поднимают вопрос о границах возможностей сознания – барьере, который еще предстоит определить.
Для решения этих вопросов Национальные Академии Наук, Инженерии и Медицины США в 2021 году опубликовали особый доклад. По мнению его авторов, "крайне маловероятно, что органоиды мозга обладают способностями, которые, с учетом нынешнего уровня понимания, могут быть признаны как сознание, эмоции или ощущение боли". Другими словами, они сомневаются, что мини-мозг может чувствовать. Кроме того, авторы доклада отметили, что в том виде, в котором мини-мозг существует в настоящее время, он "ничем не отличается от других человеческих нейронных тканей или культур, выращенных in vitro" и используемых для исследований. Тем не менее, они предупредили, что с развитием технологий "возможно, придется пересмотреть эту концепцию".
Сознание, интеллект и чувствительность все еще недоступны в пробирке
В октябре 2022 года в журнале "Нейрон" (Neuron) была опубликована статья о том, что австралийские исследователи создали "живые чипы", способные играть в "Понг" – классическую видеоигру, основанную на настольном теннисе, в которой игрок должен отбивать постоянно прыгающий мяч, не давая ему удариться о стол. По сути, авторы вырастили мини-мозг на кремниевых пластинах. Эти нейроны in vitro оказались объединены с системой, в итоге различные системы были соединены вместе, как провода. Затем ученые стимулировали чипы и учили их играть. По словам авторов исследования, игра началась всего через пять минут, а это свидетельствует о "разумном и осознанном поведении".
Это утверждение взбудоражило научное сообщество. Большая группа ведущих специалистов в этой области опубликовала еще одну статью, в которой выступила против использования слов "сознание", "интеллект" или "чувствительность" применительно к биологическим нейронным сетям, таким как органоиды мозга, известным как мини-мозг. "Приписывание интеллекта сети, которая демонстрирует краткосрочную пластичность, не находит подтверждения в соответствующих научных областях, таких как машинное обучение, нейробиология и психология", – отметили авторы статьи. Еще более критично они отнеслись к словам, которые намекают на способность системы "чувствовать". "Это еще более неуместно и не подтверждается данными, представленными в статье", – считают эксперты.
"Мы должны быть очень осторожны в подборе лексики. Вся эта технология имеет большой потенциал, но, если ее неправильно объяснить обществу, она может породить противоречивые мнения, а это может иметь последствия, например, в виде остановки или даже прекращения исследований в области лекарств, – говорит Виктор Боррель. – Существует огромная разница между системой с определенными биологическими частями, реагирующими автономно, и системой, обладающей сознанием. Кроме того, мы так и не смогли пока точно определить, где проходит граница между ними. Даже по самым консервативным определениям органоидам мозга еще далеко до сознания".
"Мозг – это орган, который организован гораздо более сложно, чем то, что мы создаем в лаборатории. И насчет него у нас до сих пор намного больше вопросов, чем ответов", – сказал Боррель. То, что находится у нас в голове, не может быть воспроизведено in vitro, по крайней мере пока.
Автор статьи: Патрисия Биоска (Patricia Biosca)
