В прошлом году Диана Хоффман-Ким (Diane Hoffman-Kim) и несколько исследователей из Университета Брауна (Brown University) в Род-Айленде создали в лабораторной ёмкости минимозги. В то время как новым мозгам не хватает сложной архитектуры, чтобы быть полностью функциональными мыслящими мозгами, тем не менее, они представляют собой небольшие пучки нервных клеток около 200 микрометров в диаметре, которые испускают электрические импульсы, прямо как наши собственные мозги.
Хоффман-Ким и её коллеги не были первыми, кто создал мозгоподобные структуры в лаборатории, но их модель, в числе наиболее сложных когда-либо разработанных таких структур, уже использовалась для моделирования черепно-мозговой травмы и болезни Альцгеймера, наряду с проверкой влияния различных лекарственных средств. Подход, используемый исследователями Университета Брауна, предлагает модель, которая упрощает мозг до его наиболее важных компонентов, таких как нейроны, нервные стволовые клетки, астроциты (которые обеспечивают нервную ткань питательными веществами и помогают восстановить мозг после травматического повреждения), олигодендроциты (которые защищают нервные клетки), микроглия (которые помогают управлять иммунной системой в центральной нервной системе), а также другие молекулы, которые помогают восполнить структуру нашего мозга (например, белки).
Эти упрощённые мозги настолько доступны, что Хоффман-Ким оценивает каждый мозг приблизительно в 25 центов. Эти недорогие минимозги являются частью растущего движения под названием «органы на чипе», когда учёные создают миниорганы (сердце, почки, мозги) из человеческих стволовых клеток. Органы обычно создаются из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, созданных с помощью процесса, который заставляет обычные человеческие клетки (полученные из простого ротового мазка или пробы крови) вести себя как эмбриональные стволовые клетки. Это позволяет аккуратно обойти этические вопросы взятия стволовых клеток непосредственно из человеческих эмбрионов, но даёт возможность исследователям создавать миниорганы из уникальных клеток отдельных людей.
«Идея заключается в том, что, если мы можем получить образец кожи или образец крови, мы могли бы сделать фактически чашку с приблизительно сотней мозгов», — говорит Хоффман-Ким. Учёные могли бы протестировать эти мозги, чтобы проанализировать эффекты некоторых лекарств для каждого конкретного пациента и отслеживать развитие мозговых нарушений.
Переход к работоспособной модели нашего мозга является следующим рубежом для персонализированной медицины. Мозг имеет ключевое значение для нашего здоровья: он контролирует всё, от памяти и эмоций до иммунных реакций. Тем не менее, заключённый в крепости нашего черепа, мозг также является одним из наименее понятных органов в нашем организме. Когда мини-мозги станет легче создавать, врачи могли бы использовать эти модели, чтобы лучше понять, как каждый пациент будет реагировать на лекарства или как может прогрессировать его состояние, без необходимости в доступе к настоящему мозгу пациента. Врачи могли бы взять образцы клеток пациента, использовать их для культивации нескольких минимозгов и проверить влияние различных препаратов на эти мозги, чтобы увидеть, как пациент будет реагировать на лекарства.
Кроме того, эти модели мозга помогают устранить ограничения, с которыми в настоящее время сталкивается персонализированная медицина. Значительная часть сегодняшних исследований персонализированной медицины фокусируются на генетической информации. Тем не менее, учёные очень мало знают о взаимосвязи между генетическими маркерами и болезнью или реакцией на лекарства. Большая часть информации, которую мы получили в результате исследований, измеряет корреляцию между определёнными генетическими маркерами и определёнными условиями, а не причинно-следственные связи. С другой стороны, репликация органа пациента в лабораторных условиях даёт учёным возможность увидеть, как именно он будет реагировать в текущий момент.
Конечно, учёным ещё предстоит ответить на множество вопросов, прежде чем отдельные выращенные в лаборатории мини-мозги станут реальностью. Одним из основных вопросов является понимание того, какой из сложных компонентов мозга необходим в достаточной степени, чтобы имитировать человеческий мозг, а без каких из них мы могли бы обойтись. Насколько сложной должна быть архитектура мозга, чтобы имитировать эффекты валиума, например? Сколько глиальных клеток, не-нейрональных клеток, которые обеспечивают защиту нейронов, нужно, чтобы воссоздать болезнь Альцгеймера? Всё это сводится к выяснению, какие модели использовать, говорит Хоффман-Ким.
Но её работа показывает, что мы близки к цели. Её команда уже способна имитировать эффекты инсульта на этих 25-центовых мини-мозгах. Довольно скоро они будут способны имитировать то, какой эффект инсульт окажет на ваш мозг, прежде чем он у вас случится. И что ещё более захватывающе — у них будет возможность проверить методы лечения, которые могли бы лучше сработать конкретно в вашем случае, не подвергая ваш настоящий мозг опасности.
