Учёные наблюдали за искусственным мозгом пять лет и обнаружили эффект «течения времени»

Самые «долгоживущие» органоиды

Учёные из Гарварда создали человеческие мозговые органоиды, которые стали самыми старыми из выращенных в лабораторных условиях. Некоторые клетки в них развивались около семи лет.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, специалисты выращивали небольшие скопления клеток размером примерно с горошину перца более пяти лет. Это позволило превзойти предыдущий рекорд продолжительности жизни подобных органоидов – 694 дня.

При этом ведущий автор работы, учёная Гарвардского института стволовых клеток Паола Арлотта, отметила, что отдельные клетки продолжали развиваться около семи лет. По характеру изменений они при этом напоминали клетки настоящего человеческого мозга.

Исследователи пришли к выводу, что мозговые органоиды способны фиксировать течение времени. Клетки проходят определённые этапы развития и используют механизмы, сходные с теми, которые наблюдаются в организме человека.

Что такое мозговые органоиды

Органоиды представляют собой трёхмерные скопления клеток, которые воспроизводят некоторые особенности строения и функционирования человеческих органов.

Учёные используют такие модели для изучения развития организма, моделирования различных заболеваний и тестирования лекарственных препаратов.

Однако выращивать органоиды длительное время сложно. Обычно клеточные структуры погибают в течение двух лет. Одна из причин заключается в недостатке кислорода и отсутствии полноценной системы кровеносных сосудов, которая есть в человеческом организме.

Для сравнения, полноценное развитие человеческого мозга занимает почти 20 лет.

Учёные наблюдали за 34 органоидами

В рамках исследования специалисты наблюдали за 34 органоидами на разных этапах их существования – от шести месяцев до пяти лет.

Исследователи обнаружили значительное сходство между процессами развития клеток в искусственно выращенных структурах и клеток человеческого мозга.

Для определения возраста клеток учёные применили профилирование метилирования ДНК. Это химический процесс, происходящий в организме в ходе развития. Во время него к молекулам ДНК присоединяются специальные метки, которые могут использоваться для оценки биологического возраста клеток.

По словам Паолы Арлотты, этот метод оказался надёжным индикатором возраста.

Результаты показали, что органоиды в целом развивались по схожей схеме с естественными клетками человеческого мозга.

Старые клетки ускорили развитие молодых

Отдельный эксперимент позволил учёным получить ещё один интересный результат.

Исследователи объединили клетки годовалого органоида с клетками органоида, которому было всего две недели. Молодые клетки продолжили развиваться обычным образом, тогда как более старые клетки перешли на следующий этап развития.

По словам Арлотты, в результате эксперимента появились нейроны, формирование которых в обычных условиях занимает около четырёх месяцев. Таким образом, развитие мозга в определённом смысле удалось ускорить.

Учёная назвала полученный результат значимым достижением для исследований.

Позднее эти органоиды были уничтожены. При этом Арлотта считает, что клетки потенциально могли сохраняться ещё дольше. Точный максимальный срок их существования исследователям пока неизвестен.

Органоиды используют для изучения болезней мозга

Подобные модели уже применяются учёными в США для исследования болезни Альцгеймера, которая является шестой по распространённости причиной смерти в Соединённых Штатах.

С помощью мозговых органоидов специалисты моделируют развитие заболевания и наблюдают за появлением характерных изменений, в том числе образованием бета-амилоидных и тау-белковых отложений. В дальнейшем эти процессы могут приводить к гибели клеток мозга.

Нейробиолог Го-ли Мин в комментарии NPR назвала результаты работы технологическим прорывом.

Паола Арлотта также рассчитывает, что подобные эксперименты помогут учёным лучше понять механизмы развития других заболеваний мозга, в частности шизофрении.