​Если бы «Волшебника из страны Оз» писали в наше время, Страшила мог отправиться за мозгами прямиком в научно-исследовательский институт, ведь их уже выращивают в лабораторных условиях. В России всего несколько мест, где работают с новой технологией, одно из них — в новосибирском Академгородке.

Конечно, пока это не полноценные, а мини-мозги, или церебральные 3D-органоиды. «У нас они живут около трех месяцев и вырастают в среднем до 5 мм, при этом развиваются так же, как мозг человеческого эмбриона», — рассказывает младший научный сотрудник ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» Татьяна Александровна Шнайдер. Молодая ученая вместе с коллегами уже около года культивирует церебральные органоиды в отделе молекулярных механизмов онтогенеза.

 
3D-органоиды — трехмерные ткани, которые по строению очень близки к отдельным частям настоящих органов. Условно говоря, это зачатки органов, выращенные из стволовых клеток. Первые органоиды получили в Австрии в 2013 году. С тех пор направление быстро развивается. Ученые уже создали, например, органоиды почек, печени, легких, сетчатки глаза.
 
С церебральными органоидами можно проводить эксперименты, которые до того относились к области фантастики. Мини-мозги проходят те же стадии развития, что и мозг зародыша, а значит, позволяют in vitro наблюдать за процессом нейрогенеза и за тем, как на него влияют различные факторы. Ведь развитие плода в утробе матери — это период, когда закладываются многие наследственные заболевания мозга и нервной системы. С настоящим мозгом таких опытов проводить нельзя: так как он надежно спрятан в черепной коробке, его невозможно изучать без того, чтобы нанести вред организму, в том числе и самому серому веществу.
 
На мини-мозгах изучают формирование таких тяжелых психических расстройств, как шизофрения и болезнь Альцгеймера. Также эти органоиды оказались полезными в исследованиях механизмов действия вируса Зика, пандемия которого случилась в 2014 году (если вирус переносит беременная женщина, он вызывает микроцефалию у плода). А еще с помощью церебральных органоидов пытаются найти ген, который делает нас людьми. Например, ученые сравнивали органоиды человека, орангутангов и шимпанзе. Есть работы по «обнеандерталиванию» мини-мозгов: в США и в Швеции, в группе биолога Сванте Паабо, вырастили органоиды с вариантами генов, которые отличаются у неандертальца и homo sapiens.
 
Пионер в области выращивания мозговых органоидов — профессор Мадлен Ланкастер (Madeline Lancaster) из Кембриджского университета в Великобритании.
 
В ФИЦ ИЦиГ 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.
 
«Мы, по сути, моделируем болезнь в лабораторных условиях. К этому пришли не сразу. Сначала пытались работать с однослойными структурами из выращенных нейронов: это относительно простая по сегодняшним меркам процедура, но насколько такие клетки соответствуют настоящим нейронам, не ясно. Затем трансплантировали человеческие клетки в головной мозг эмбрионов мышей, но всё это не дало нужного результата», — рассказывает генетик. Неудачи подтолкнули Татьяну Шнайдер к тому, чтобы попробовать получить трехмерный церебральный органоид: несколько месяцев было потрачено на подбор нужных условий для роста мини-мозгов, теперь технология успешно работает.
 
Всё начинается с того, что у человека берут небольшой образец верхних слоев кожи. Это безболезненная процедура, которая нужна, чтобы получить так называемую первичную культуру. Для создания органоидов в ФИЦ 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 (ИПС-клетки).
 
Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток 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 потом формируются все органы и ткани.
 
Чтобы получить трехмерную структуру, ученые скатывают ИПС-клетки в шарики. После чего клетки 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. «Мы помогаем эктодермальным клеткам. Они получают преимущество по сравнению с другими в виде определенных компонентов культуральных сред (питательных растворов), поэтому начинают хорошо расти. Остальные либо гибнут, либо остаются совсем в небольшом количестве», — говорит Татьяна Шнайдер.
 
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. Татьяна Шнайдер поясняет: «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 емкости с мини-мозгами переносят на орбитальный шейкер. Это платформа, которая вращается по кругу с определенной скоростью для того, чтобы питательные вещества и кислород лучше проникали внутрь органоида. Устройство довольно простое, однако нужно правильно подбирать скорость вращения: если она будет слишком большой, мини-мозги могут повредиться, слишком медленной — к клеткам не поступит достаточно питания.
 
«Я работаю с 10—12 линиями ИПС-клеток одновременно. На каждую линию приходится планшет с 96 лунками, в каждой лунке сидит будущий органоид. То есть всего около тысячи потенциальных мини-мозгов, о которых нужно индивидуально заботиться, менять среду. Сложнее всего первые две недели, когда они особенно чувствительны. Чтобы их не повредить, всё нужно делать очень аккуратно», — говорит Татьяна Шнайдер.
 
Многие генетики пытаются улучшать мини-мозги при помощи разнообразных дополнений. Например, их сдавливали с двух сторон стеклышками, и эта сила способствовала формированию у них подобия мозговых извилин. Но главной проблемой церебральных органоидов является отсутствие кровеносных сосудов. Из-за этого их размер и время жизни ограничено: клетки, находящиеся глубоко внутри, не получают достаточного количества питательных веществ.
 
Могут ли мини-мозги мыслить? По мнению Татьяны Шнайдер, это маловероятно: «Мы мало что знаем, а точнее, практически ничего не знаем о внутриутробном мыслительном процессе человека. У нас нет инструментов, позволяющих проверить, мыслят ли органоиды. Из того, что доступно сегодня, — это померить электрофизиологические параметры нейронов. Недавно вышел препринт статьи зарубежных ученых про похожесть энцефалограммы мини-мозгов и недоношенных детей, но сделать из этих результатов какие-то выводы невозможно. Органов “выражения мыслей” у органоидов нет: написать, нарисовать или сказать они не могут. Но главное, в процесс мышления вовлечены несколько отделов мозга, а органоид обычно представляет собой только один отдел».
 
В новосибирском Академгородке занимаются органоидами кортекса (переднего мозга), а вообще в мире уже искусственно выращены и гиппокамп, мозжечок, различные ядра.  Чаще всего это отдельные органоиды, поскольку для каждого типа нужны свои специальные условия (то есть разные химические соединения).
 
Работа выполняется при поддержке гранта РНФ 14-15-00772.
 
Александра Федосеева



Источники

Большие возможности мини-мозгов
Наука в Сибири (sbras.info), 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги
Российская газета (rg.ru), 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги
The world news (theworldnews.net), 28/01/2019
В новосибирском Академгородке освоили выращивание мини-мозгов
ИА Regnum, 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги
Kyivweekly.com, 28/01/2019
В новосибирском Академгородке освоили выращивание мини-мозгов
The world news (theworldnews.net), 28/01/2019
В новосибирском Академгородке освоили выращивание мини-мозгов
Новосибирские новости (nscn.ru), 28/01/2019
Большие возможности мини-мозгов
Российский научный фонд (рнф.рф), 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги
Mukola.net, 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги
Реальное время (realnoevremya.ru), 28/01/2019
Мини-мозги научились выращивать в Новосибирске
Ndn.info, 28/01/2019
Зачем в Сибири выращивают человеческие мозги
Rosinvest.com, 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги
Новости России и Мира (novostidny.ru), 28/01/2019
Сибирские ученые научились выращивать мини-мозги: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 28/01/2019
Зачем в Сибири выращивают человеческие мозги
Популярная механика (popmech.ru), 28/01/2019
Ученые Академгородка растят мозги в буквальном смысле
Академия новостей (academ.info), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
NewsRbk.ru, 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
NewsRbk.ru, 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
Новости России (vestirossii.com), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
Карельские Вести (kareliyanews.ru), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
Московский Комсомолец (mk.ru), 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Glob-news.ru, 28/01/2019
Российские генетики вырастили мини-мозги
Ньюс.ру (news.ru), 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Новости России (vestirossii.com), 28/01/2019
В Сибири научились выращивать мини-мозги
Islam-today.ru, 28/01/2019
Новосибирские генетики изучат развитие патологий на трехмерных искусственных тканях мозга
ТАСС, 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Карельские Вести (kareliyanews.ru), 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Московский Комсомолец (mk.ru), 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг".
7 Days News (7daysnews.ru), 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
TmBW.Ru, 28/01/2019
Сибирские ученые вырастили настоящий "мини-мозг"
Newstes.ru, 28/01/2019
Сибирские ученые вырастили настоящий "мини-мозг"
Dni24.com, 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке
The world news (theworldnews.net), 28/01/2019
В России вырастили мини-мозг
News-free.ru, 28/01/2019
В России вырастили мини-мозг
Щекино online (regiontu.ru), 28/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг, чтобы узнать причины слабоумия
Новосибирские новости (nscn.ru), 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке
FamaPress Media (fama.press), 28/01/2019
Российские ученые изобрели способ по выращиванию мини-мозгов
MediaPotok (potokmedia.ru), 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке
ИА Росбалт, 28/01/2019
В России вырастили мини-мозг
Medik Forum (medikforum.ru), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
NewsGra.com, 28/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
NewsGra.com, 28/01/2019
Ученые в Сибири научились выращивать мини-мозги
Версия Инфо (versiya.info), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг.
7 Days News (7daysnews.ru), 28/01/2019
Российские ученые рассказали, зачем вырастили мини-мозг
TmBW.Ru, 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке
Findnews.ru, 28/01/2019
УМСТВЕННО ОТСТАЛЫМ ЛЮДЯМ ПОМОЖЕТ МИНИ-МОЗГ
Московский Комсомолец, 29/01/2019
Ученые Новосибирского Академгородка изучают слабоумие на мини-мозгах
Сиб.фм (sib.fm), 29/01/2019
Генетики вырастили в новосибирской лаборатории искусственный мозг
Sibnet.ru, 29/01/2019
Российские ученые научились выращивать мозги в пробирке
Советская Россия, 29/01/2019
Российские ученые научились выращивать "мини-мозг"
НИА Хакасия (19rus.ru), 29/01/2019
Российские ученые научились выращивать "мини-мозг"
Mirtesen.sputnik.ru, 29/01/2019
Российские ученые научились выращивать "мини-мозг"
5 Канал (5-tv.ru), 29/01/2019
Новосибирские ученые смогли вырастить мини-мозги в пробирке
ВашГород.ру (vashgorod.ru), 29/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг
Health.mail.ru, 29/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг" - Спецкор Новости
Свежие новости России и мира (da-te.ru), 29/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг
PrivetSmolensk (privetsmolensk.ru), 29/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг
Красноярский медицинский портал (krasgmu.net), 29/01/2019
Мини-мозги человека выращивают новосибирские ученые
Новосибирские новости (news.novo-sibirsk.ru), 29/01/2019
Мини-мозги человека выращивают новосибирские ученые
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 29/01/2019
Большие возможности мини-мозгов
Академгородок (academcity.org), 29/01/2019
Сибирские ученые уже мозги в пробирке выращивают, пусть даже небольшие
Иркутская торговая газета (irktorgnews.ru), 29/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 28/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке
Fromua.news, 28/01/2019
Зачем в Сибири выращивают человеческие мозги
Pcnews.ru, 28/01/2019
В новосибирском Академгородке освоили выращивание мини-мозгов
MaxNews (maxnews.net), 28/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг
5 идей 1 секрет (5s1.ru), 29/01/2019
Мини-мозги человека выращивают новосибирские ученые
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 29/01/2019
В России вырастили мини-мозг
МОМАТ (momat.ru), 29/01/2019
Российские ученые научились выращивать мини-мозги в пробирке - Росбалт
Финансы (breget74.ru), 30/01/2019
Сибирские ученые вырастили миниатюрный мозг, чтобы узнать причины сла
N1 (n1.by), 30/01/2019
Новосибирские ученые выращивают мини-мозги для исследований
Проспект Мира (prmira.ru), 30/01/2019
Зачем сибирским ученым мини-мозги
Российская газета # Неделя, 31/01/2019
Зачем сибирским ученым мини-мозги
Российская газета # Неделя, 31/01/2019
В Сибирском отделении РАН ученые вырастили мини-мозги
Российская газета (rg.ru), 31/01/2019
Ученые на миниатюрных моделях головного мозга пытаются разгадать тайну появления умственной отсталости
ГТРК Новосибирск, 31/01/2019
Сибирские биологи научились выращивать "мини-мозг"
Napnews.ru, 01/02/2019
Сибирские ученые освоили технологию выращивания мини-мозгов
Cryptos.tv, 05/02/2019
Зачем ученые начали выращивать мини-мозги
MaxNews (maxnews.net), 07/02/2019
Зачем ученые начали выращивать мини-мозги
Российская газета (rg.ru), 08/02/2019
Без задней мысли
Российская газета, 08/02/2019
Российские ученые вырастили мини-мозг
Усть-Ишимский вестник, 08/02/2019
Зачем ученые начали выращивать мини-мозги
Красноярский медицинский портал (krasgmu.net), 10/02/2019
Мозг из пробирки
Медицинская газета (mgzt.ru), 19/02/2019
Правда, что ученые научились клонировать мозг для изучения слабоумия?
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 19/02/2019
Правда, что ученые научились клонировать мозг для изучения слабоумия?
123ru.net, 19/02/2019
Российские ученые планируют выращивать мини-мозги
Агентство по инновациям и развитию (innoros.ru), 21/02/2019

Похожие новости

  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    1421
  • 08/05/2019

    Сахарным диабетом 1-го типа займутся в рамках нацпроекта «Наука»

    ​​Связь между генотипом и последствиями сахарного диабета 1-го типа, в том числе его влиянием на головной мозг, исследуют в новой молодежной лаборатории ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Над проблемой будут работать девять молодых ученых.
    995
  • 22/04/2019

    Новосибирские генетики изучают серотонин

    ​Современные реалии таковы, что получение гранта на поддержку проекта стало одним из важных залогов успешной работы для наших ученых. Руководитель лаборатории нейрогеномики поведения ФИЦ ИЦиГ СО РАН, д.
    315
  • 19/04/2018

    Новосибирские генетики вошли в число победителей конкурса РНФ для научных групп

    ​​Поддержку Фонда получат исследования, направленные на поиск генов устойчивости растений к болезням и механизмов развития заболеваний человека, вызванных заражением паразитами. Ежегодно в России проходят конкурсы научно-исследовательских проектов, победители которых получают поддержку Российского научного фонда.
    884
  • 27/02/2019

    Новосибирские ученые ищут способы победить грипп

    ​Современные способы создания вакцины против гриппа на основе куриных эмбрионов имеют ряд недостатков. Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и НИИ гриппа им.
    343
  • 06/04/2019

    РНФ поддержал девять проектов ФИЦ ИЦиГ СО РАН

    На конкурс РНФ 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» поступило более 3,6 тысяч заявок. По результатам отбора было принято решение о поддержке 681 проекта.
    407
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    2595
  • 14/03/2018

    Новосибирские ученые создали кардиостимулятор из клеток пациента

    ​Исследователи из Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина, ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН и Московского физико-технического института разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца.
    1364
  • 22/01/2018

    Ученые ИЦиГ СО РАН рассказали о депрессивном геноме

    Аcademcity.org уже рассказывал, что ученые Института цитологии и генетики СО РАН и Института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН провели комплексное исследование влияния хронического социального стресса на организм.
    967
  • 19/11/2018

    Биолог из Новосибирска разработал мобильное приложение для сельского хозяйства

    Труд агрономов и селекционеров иногда содержит очень утомительные операции. Например, периодически им требуется подсчитывать количество зерен в колосьях пшеницы. Не делать этого вручную позволяет мобильное приложение SeedCounter, которое вместе с коллегами создал биолог Михаил Генаев из Новосибирска.
    430