Ученые создали гибридный мозг с нейронами мышей и крыс

Новое исследование показало, что добавление стволовых клеток крысы к эмбриону мыши привело к созданию «гибридного мозга», в котором клетки крысы вмешались для восстановления функций, когда у мыши было потеряно обоняние. Впервые клетки одного животного были использованы для спасения чувств другого, и это представляет собой шаг вперед в регенеративной медицине.

Что вообще такое гибридный мозг? Это звучит как сюжет научно-фантастического фильма, но на самом деле это комбинация клеток двух видов, которые развиваются в единый функциональный мозг.

Таким образом, гибридный мозг важен для развития регенеративной нейронауки путем создания «синтетических» нейронных цепей для восстановления функций поврежденного или дегенерирующего мозга.

В новом исследовании, проведенном учеными из Медицинского центра Ирвинга при Колумбийском университете, стволовые клетки крысы были введены в клетки мышей на самых ранних стадиях их развития, в результате чего был создан мозг мыши, который использовал интегрированные клетки крысы для обоняния.

«У нас есть прекрасные модели клеток в чашках и 3D-культурах, называемые органоидами, и у них обоих есть свои преимущества», — сказала Кристин Болдуин, профессор генетики и соавтор исследования.

«Но ни одна из них не позволяет определить, действительно ли клетки функционируют на высшем уровне. Это исследование начинает показывать нам, как мы можем расширить гибкость мозга, чтобы он мог обрабатывать другие типы входных данных, от человеко-машинных интерфейсов или трансплантированных стволовых клеток».

Эмбриональные стволовые клетки крысы были вставлены в бластоцисты мыши, скопление делящихся клеток, образованных оплодотворенной яйцеклеткой, которые затем были перенесены в матку суррогатных мышей для развития.

Несмотря на эволюционное различие (мозг крысы развивается медленнее и он крупнее), исследователи заметили, что клетки крысы росли синхронно с нейронами мыши. У зрелых крыс-мышей, или химер, клетки крысы интегрировались, образуя нейронные цепи по всему мозгу мыши и образуя активные связи с нейронами мыши.

«Вы могли видеть крысиные клетки почти по всему мозгу мыши, что было для нас весьма удивительным», — сказала Кристин Болдуин. «Это говорит нам о том, что существует мало препятствий для внедрения, что позволяет предположить, что многие виды мышиных нейронов могут быть заменены аналогичными крысиными нейронами».

Следующим этапом было тестирование функциональных способностей клеток крысы и того, смогут ли они заменить поврежденные нейроны мыши. Исследователи разработали мышиные модели с генетически отключенными или разрушенными (удаленными), обонятельными сенсорными нейронами (OSN), нейронами, которые обнаруживают и передают информацию о запахах. Они обнаружили, что клетки крыс пришли на помощь мозгу мыши.

«Мы спрятали печенье в каждой клетке мыши и были очень удивлены, увидев, что они смогли найти его с помощью крысиных нейронов», — говорит Кристин Болдуин.

Однако мыши, чьи OSN были генетически заглушены (то есть нейроны присутствовали, но не работали), оказались менее успешными в поиске печенья, чем мыши с разрушенными OSN.

«Это говорит о том, что добавление замещающих нейронов не является простым процессом. Если вам нужна функциональная замена, вам, возможно, придется удалить дисфункциональные нейроны, которые просто сидят там, что может иметь место при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, а также при некоторых нарушениях нервного развития, таких как аутизм и шизофрения».

Одна из проблем, с которой ученые столкнулись в своем исследовании, заключалась в том, что крысиные клетки были случайным образом распределены у разных мышей, что препятствовало распространению исследования на другие нервные системы. В настоящее время они пытаются найти способы заставить вставленные клетки превратиться в клетки определенного типа, что могло бы обеспечить большую точность. Устранение этого препятствия откроет путь к созданию гибридного мозга с нейронами приматов.

«Это поможет нам приблизиться к пониманию болезней человека», — сказала Кристин Болдуин.

Исследование было опубликовано в журнале Cell.