Як мінімозги допоможуть уникнути хвороб

Мінімозги, розроблені в Університеті Брауна в Род-Айленді, можуть допомогти вченим і медикам у розробці персоналізованих терапевтичних стратегій.

Торік Діана Хоффман-Кім (Diane Hoffman-Kim) і кілька дослідників з Університету Брауна (Brown University) в Род-Айленді створили в лабораторній ємності мінімозги. У той час як новим мізкам не вистачає складної архітектури, щоб бути повністю функціональними мислячими мізками, тим не менш, вони являють собою невеликі пучки нервових клітин близько 200 мікрометрів в діаметрі, які випускають електричні імпульси, прямо як наші власні мізки.

Хоффман-Кім і її колеги не були першими, хто створив мізкоподібні структури в лабораторії, але їх модель, в числі найбільш складних коли-небудь розроблених таких структур, вже використовувалася для моделювання черепно-мозкової травми і хвороби Альцгеймера, поряд з перевіркою впливу різних лікарських засобів. Підхід, що використовується дослідниками Університету Брауна, пропонує модель, яка спрощує мозок до його найбільш важливих компонентів, таких як нейрони, нервові стовбурові клітини, астроцити (які забезпечують нервову тканину поживними речовинами та допомагають відновити мозок після травматичного ушкодження), олігодендроцити (які захищають нервові клітини), мікроглії (які допомагають керувати імунною системою в центральній нервовій системі), а також інші молекули, які допомагають заповнити структуру нашого мозку (наприклад, білки).

Ці спрощені мізки настільки доступні, що Хоффман-Кім оцінює кожен мозок приблизно в 25 центів. Ці недорогі мінімозги є частиною зростаючого руху під назвою «органи на чіпі», коли вчені створюють мініоргани (серце, нирки, мізки) з людських стовбурових клітин. Органи зазвичай створюються з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, створених за допомогою процесу, який змушує звичайні людські клітини (отримані з простого ротового мазка або проби крові) поводитися як ембріональні стовбурові клітини. Це дозволяє акуратно обійти етичні питання взяття стовбурових клітин безпосередньо з людських ембріонів, але дає можливість дослідникам створювати мініоргани з унікальних клітин окремих людей.

«Ідея полягає в тому, що, якщо ми можемо отримати зразок шкіри або зразок крові, ми могли б зробити фактично чашку з приблизно сотнею мізків», - говорить Хоффман-Кім. Вчені могли б протестувати ці мізки, щоб проаналізувати ефекти деяких ліків для кожного конкретного пацієнта і відстежувати розвиток мозкових порушень.

Перехід до працездатної моделі нашого мозку є наступним кордоном для персоналізованої медицини. Мозок має ключове значення для нашого здоров'я: він контролює все, від пам'яті та емоцій до імунних реакцій. Тим не менш, ув'язнений в фортеці нашого черепа, мозок також є одним з найменш зрозумілих органів в нашому організмі. Коли міні-мізки стане легше створювати, лікарі могли б використовувати ці моделі, щоб краще зрозуміти, як кожен пацієнт буде реагувати на ліки або як може прогресувати його стан, без необхідності в доступі до справжнього мозку пацієнта. Лікарі могли б взяти зразки клітин пацієнта, використовувати їх для культивації декількох мінімозгів і перевірити вплив різних препаратів на ці мізки, щоб побачити, як пацієнт буде реагувати на ліки.

Крім того, ці моделі мозку допомагають усунути обмеження, з якими в даний час стикається персоналізована медицина. Значна частина сьогоднішніх досліджень персоналізованої медицини фокусуються на генетичній інформації. Проте вчені дуже мало знають про взаємозв'язок між генетичними маркерами і хворобою або реакцією на ліки. Велика частина інформації, яку ми отримали в результаті досліджень, вимірює кореляцію між певними генетичними маркерами і певними умовами, а не причинно-наслідкові зв'язки. З іншого боку, реплікація органу пацієнта в лабораторних умовах дає вченим можливість побачити, як саме він буде реагувати в поточний момент.

Звичайно, вченим ще належить відповісти на безліч питань, перш ніж окремі вирощені в лабораторії міні-мізки стануть реальністю. Одним з основних питань є розуміння того, який з складних компонентів мозку необхідний в достатній мірі, щоб імітувати людський мозок, а без яких з них ми могли б обійтися. Наскільки складною повинна бути архітектура мозку, щоб імітувати ефекти валіуму, наприклад? Скільки гліальних клітин, нейрональних клітин, які забезпечують захист нейронів, потрібно, щоб відтворити хворобу Альцгеймера? Все це зводиться до з'ясування, які моделі використовувати, каже Хоффман-Кім.

Але її робота показує, що ми близькі до мети. Її команда вже здатна імітувати ефекти інсульту на цих 25-центових міні-мізках. Досить скоро вони будуть здатні імітувати те, який ефект інсульт надасть на ваш мозок, перш ніж він у вас трапиться. І що ще більш захоплююче - у них буде можливість перевірити методи лікування, які могли б краще спрацювати конкретно у вашому випадку, не піддаючи ваш справжній мозок небезпеці.