Органоиды человеческого мозга прожили 5 лет в лаборатории и запомнили время
iXBT.com ·
Международная команда под руководством из Гарвардского университета впервые вырастила церебральные органоиды человека, сохранявшие жизнеспособность на протяжении 5 лет. Предыдущий рекорд — 694 дня — был установлен в 2021 году. За это время клеточные структуры прошли через последовательные стадии созревания, которые коррелируют с развитием мозга в период беременности и первых лет жизни.
Международная команда под руководством из Гарвардского университета впервые вырастила церебральные органоиды человека, сохранявшие жизнеспособность на протяжении 5 лет. Предыдущий рекорд — 694 дня — был установлен в 2021 году. За это время клеточные структуры прошли через последовательные стадии созревания, которые коррелируют с развитием мозга в период беременности и первых лет жизни.
Учёные подчёркивают: до сих пор считалось, что искусственно выращенные модели способны воспроизводить лишь ранние этапы формирования нервной системы.
Исследователи культивировали 34 органоида и каждые полгода проводили секвенирование РНК и полногеномное профилирование метилирования ДНК — химических меток, по которым определяют биологический возраст ткани. Эпигеномные часы органоидов почти идеально совпали с реальным временем, проведённым в культуре. Более того, траектория созревания на транскрипционном уровне соответствовала эталонным данным из образцов мозга плода и детей до четырёх лет: начинали органоиды с профиля первого триместра и постепенно приобретали постнатальные признаки.
Ключевым открытием стала демонстрация «памяти времени» у предшественников. Когда клетки, прожившие в культуре 9 – 12 месяцев, смешивали с молодыми (15 дней), они не начинали развитие с нуля, а пропускали уже пройденные этапы и за 2 недели формировали каллозальные проекционные нейроны (CPN) — клетки, которые в норме появляются лишь спустя месяцы созревания. Молодые предшественники в той же системе в это же время производили только ранние популяции клеток.
Чтобы продлить жизнь нейронов, авторы заменили стандартную среду на «поддерживающую активность» (activity permissive medium, APM). Это увеличило долю зрелых возбуждающих нейронов, повысило плотность синапсов и позволило регистрировать сложные всплески сетевой активности вплоть до 2 лет культивирования. При стандартных условиях без оптимизации нейрональные популяции начинали деградировать уже после года. В двухлетних органоидах, выращенных в APM, впервые зафиксировали появление сразу нескольких подгрупп нейронов с различающимися паттернами коллективного возбуждения — то есть более сложную, чем в молодых образцах, архитектуру сети.
Органоиды также продемонстрировали признаки миелинизации на ультраструктурном и белковом уровне уже к шести месяцам. По мнению авторов исследования, созданная платформа открывает экспериментальный доступ к поздним стадиям созревания человеческого мозга, которые практически невозможно изучать in vivo. Следующая задача группы — найти способ ускорить этот процесс, чтобы за более короткий срок получать ткани, соответствующие возрасту 5 – 7 лет, и исследовать механизмы детских нейродегенеративных расстройств.