Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Профессор
Участник
Баланс:3194
 
Сообщения: 213
Регистрация: 26.10.2019

Как выращивают человеческие мозги в лаборатории

Профессор » 05.05.2022 10:40

+
3
-
Человеческий мозг сегодня можно вырастить в лабораторных условиях – пусть это пока и не полноценный орган, а церебральный 3D-органоид. Тем не менее, они способны жить около трёх месяцев и вырасти до размера 5 миллиметров, развиваясь так же, как мозг человеческого эмбриона.

Вырастить искусственный мозг

Органоиды головного мозга получают из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и эмбриональных стволовых клеток в клеточных культурах. Для получения органоида требуется, чтобы стволовые клетки, клетки-предшественники и множество других типов дифференцированных клеток стали вместе собираться в единую систему.

Эти клетки собираются в структуры, которые напоминают определенные области мозга и имитируют специфические изменения в реальных органах. Например, при неврологических расстройствах. Таким образом, органоиды стали отличной моделью для исследования развития мозга и неврологических заболеваний.

Каких успехов удалось достичь исследователям?

Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году и с тех пор направление быстро развивается: учёные уже создали, например, органоиды почек, печени, лёгких, сетчатки глаза. В 2021 году в Университете Лос—Анджелеса исследователи разработали органоиды мозга, в которых можно наблюдать волны электрической активности, аналогичные тем, которые нейробиологи обнаруживают в мозге живого человека.

Изображение
Так выглядит искусственный мозг, который удалось вырастить исследователям в лаборатории

В другом исследовании 2021 года исследователи смогли вырастить такой искусственный мозг вместе со структурой глаза, называемой оптической чашечкой. Органоиды спонтанно развили двусторонне симметричные оптические чашки в своей передней части, демонстрируя внутреннюю способность стволовых клеток к самосборке в очень сложные биологические структуры.

Как выращивают «человеческие мозги» в России?

В Институте цитологии и генетики СО РАН уже около года культивируют церебральные органоиды в отделе молекулярных механизмов онтогенеза. 3D-органоидами называют трёхмерные ткани, которые по строению очень близки к отдельным частям настоящих органов. Условно говоря, это зачатки органов, выращенные из стволовых клеток.

С церебральными органоидами можно проводить эксперименты, которые ещё недавно считались фантастикой. Мини-мозги проходят те же стадии развития, что и мозг зародыша, а значит, позволяют наблюдать за процессом нейрогенеза и за тем, как на него влияют различные факторы. Развитие плода в утробе матери — тот период, когда закладываются многие наследственные заболевания мозга и нервной системы. С настоящим мозгом такие опыты провести невозможно по естественным причинам: он надёжно спрятан от внешнего воздействия в черепной коробке.

На мини-мозгах изучают формирование таких тяжелых психических расстройств, как шизофрения и болезнь Альцгеймера. Органоиды оказались полезными и в исследованиях механизмов действия вируса Зика, пандемия которого случилась в 2014 году. Более того, при помощи церебральных органоидов пытаются найти ген, который делает нас людьми: учёные сравнивали органоиды человека, орангутангов и шимпанзе. В США и Швеции даже вырастили органоиды с вариантами генов, которые отличаются у неандертальца и homo sapiens.

В Институте цитологии и генетики СО РАН мини-мозги начали выращивать, чтобы изучить влияние на развитие головного мозга гена CNTN6, кодирующего белок контактин 6: у некоторых людей с умственной отсталостью ген не работает. Исследователи предполагают, что результат этой «поломки» может проявляться на самой ранней, эмбриональной стадии жизни клеток. Если эксперименты подтвердятся, полученные данные можно будет использовать в пренатальном скрининге — тестировании потенциальных проблем со здоровьем у будущего ребенка.

Процесс выращивания мозга

Всё начинается с того, что у человека берут небольшой образец верхних слоёв кожи. Это безболезненная процедура, которая нужна, чтобы получить так называемую первичную культуру. Для создания органоидов в ИЦиГ СО РАН используют клетки кожи пациентов с умственной отсталостью, у которых есть повреждения в гене CNTN6. Из соединительной ткани кожи выделяют отдельные клетки — фибробласты. Их пересаживают в чашки, где они какое-то время растут и делятся. Затем наступает этап перепрограммирования клеток: специальные вирусы доставляют в ядра клеток белки, запускающие процесс превращения фибробластов в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.

Из них можно получить любой тип клеток: это полные аналоги эмбриональных стволовых клеток, которые есть у зародышей всех млекопитающих на ранней стадии развития (на стадии бластоцисты) и из которых затем формируются все органы и ткани. Чтобы получить трёхмерную структуру, ученые скатывают ИПС-клетки в шарики, после чего те начинают специализироваться, превращаясь в три зародышевых листка, совсем как это происходит у настоящего эмбриона: эктодерму, энтодерму и мезодерму. В данном случае ученых интересует именно эктодерма, из которой образуются нейроны, а потом формируется нервная система, в том числе и головной мозг.

На ранних этапах развития головного мозга клетки должны «понимать», где у него «верх» и где «низ»: это помогает им мигрировать в нужном направлении и правильным образом взаимодействовать. Чтобы помочь клеткам органоида определить его границы, ученые используют специальный гель. Как объясняет младший научный сотрудник института Татьяна Шнайдер, основной компонент геля — это белки, которые концентрируются на поверхности органоидов, клетки их распознают как сигнал «верхней границы» (базальная мембрана), а внутри самого органоида спонтанно образуются «внутренние границы» (апикальная мембрана).

После этих манипуляций ёмкости с мини-мозгами переносят на орбитальный шейкер – платформу, которая вращается по кругу с определённой скоростью для того, чтобы питательные вещества и кислород лучше проникали внутрь органоида. На каждую линию приходится планшет с 96 лунками, в каждой лунке сидит будущий органоид: всего около тысячи потенциальных мини-мозгов, о которых нужно индивидуально заботиться и менять среду. Мыслить мини-мозги не могут: по мнению Татьяны Шнайдер, органов «выражения мыслей» у органоидов нет, но главное что в процесс мышления вовлечены несколько отделов мозга, а органоид обычно представляет собой только один отдел.

https://www.popmech.ru/science/460412-z ... kie-mozgi/
Поделиться:

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:15001
 
Сообщения: 843
Регистрация: 20.06.2018

Re: Как выращивают человеческие мозги в лаборатории

Director » 07.05.2022 18:07

+
5
-
Профессор писал(а):
05.05.2022 10:40
Человеческий мозг сегодня можно вырастить в лабораторных условиях – пусть это пока и не полноценный орган, а церебральный 3D-органоид.
Хорошее начало научно-популярной статьи - "искусственный мозг вырастить можно, но вырастет не мозг".
Подождите, я не понял - так можно или нельзя?
Ответ: Конечно можно, но нельзя.
органоиды способны жить около трёх месяцев и вырасти до размера 5 миллиметров ..
А что после трех месяцев?
Для получения органоида требуется, чтобы стволовые клетки, клетки-предшественники и множество других типов дифференцированных клеток стали вместе собираться в единую систему.
Для получения живого организма требуется, чтобы клетки различных видов согласовано жили и работали на общее благо -- т.е. клетки должны быть собраны в единую систему.

Ну и как, удалось ли ученым собрать органоиды в единую систему?
Нет, не собрались клетки в единую систему. Покучковались немного (максимум 3 месяца), да и сдохли.

Смутил ли этот печальный факт официальных ученых?
Нисколько. Даже наоборот
органоиды стали отличной моделью для исследования развития мозга и неврологических заболеваний.
Ну что ж, посмотрим каких успехов удалось достичь исследователям?
Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году и с тех пор направление быстро развивается...

В Институте цитологии и генетики СО РАН мини-мозги начали выращивать, чтобы изучить влияние на развитие головного мозга гена CNTN6, кодирующего белок контактин 6: у некоторых людей с умственной отсталостью ген не работает.

Процесс выращивания мозга...
Для создания органоидов в ИЦиГ СО РАН используют клетки верхних слоёв кожи пациентов с умственной отсталостью, у которых есть повреждения в гене CNTN6.
Лично меня настораживает подобный способ изучения мозга -- брать за основу клетки заведомо больных людей, причем их болезнь связана с мозгом.

Может всё же лучше в качестве модели брать клетки здоровых людей, а НЕ брать клетки больных людей?


Единственный кусочек текста, вызывающий осторожный интерес
Из соединительной ткани кожи выделяют отдельные клетки — фибробласты.
Их пересаживают в чашки, где они какое-то время растут и делятся.

Затем наступает этап перепрограммирования клеток: специальные вирусы доставляют в ядра клеток белки, запускающие процесс превращения фибробластов в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПС).

Из них можно получить любой тип клеток: это полные аналоги эмбриональных стволовых клеток, которые есть у зародышей всех млекопитающих на ранней стадии развития (на стадии бластоцисты) и из которых затем формируются все органы и ткани.

Чтобы получить трёхмерную структуру, ученые скатывают ИПС-клетки в шарики, после чего те начинают специализироваться, превращаясь в три зародышевых листка, совсем как это происходит у настоящего эмбриона: эктодерму, энтодерму и мезодерму.

На ранних этапах развития ... клетки должны «понимать», где у него «верх» и где «низ»: это помогает им мигрировать в нужном направлении и правильным образом взаимодействовать.

Чтобы помочь клеткам органоида определить его границы, ученые используют специальный гель. ... основной компонент геля — это белки, которые концентрируются на поверхности органоидов, клетки их распознают как сигнал «верхней границы» (базальная мембрана), а внутри самого органоида спонтанно образуются «внутренние границы» (апикальная мембрана).

После этих манипуляций ёмкости с мини-мозгами переносят на орбитальный шейкер – платформу, которая вращается по кругу с определённой скоростью для того, чтобы питательные вещества и кислород лучше проникали внутрь органоида.
Вышеуказанный кусок статьи приблизительно описывает технологию воздействия на живые клетки. Эта технология позволяет получить жизнеспособные мутанты, пусть и краткоживущие.

Очевидно, что ученые выработали эту технологию методом научного тыка, но это вполне нормально. Почти все современные науки начинались с экспериментов проводимых методом тыка, под аккомпанемент наукообразных словоизвержений "единственно-верных теорий". К примеру химия начиналась с алхимии, а астрономия начиналась с астрологии.

Поэтому нам стоит присматриваться к технологиям в ныне зарождающейся науке с условным названием "Биология".

Лично меня заинтересовало - что на самом деле происходит во время "перепрограммирования клеток: специальные вирусы доставляют в ядра клеток белки"?

Что это за "спец.вирусы"?
Что это за белки, которые то ли цепляются к вирусу, то ли вирусы цепляется к белку?
(учитывая, что вирус по размеру меньше белка)

Как эта комплекс "вирус+белок" проникают в ядро клетки? Почему ядро пропускает внутрь себя эти "спец.комплексы"?

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!