Институт цитологии и генетики СО РAH представил широкой публике минимозги — академическую научную работу с огромным и долгосрочным прикладным потенциалом.

Органические минимодели — тема, ставшая одним из «гвоздей» научной конференции TEDx. Поскольку формат TEDx ориентирован не только на членов научного сообщества, но и на гуманитариев, ему присущ универсально-понятный стиль подачи контента. Потому плод трудов отдела молекулярных механизмов онтогенеза ИЦиГ СО РАН на уровне «для публики» именуется ярко и живописно — минимозги. Более научное определение — органоиды и миниатюрные биомодели.

Но и самым образным определением ученые тоже не брезгуют. Ибо по сути и функционалу — это действительно мозги. Этической проблемы тут нет, поскольку до объекта, подотчетного научной этике, модели не дорастают — они совсем миниатюрны.        

— Конечно, минимозг — это упрощенное понятие, речь идет о клеточной модели, — поясняет Татьяна Шнайдер, младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза Института цитологии и генетики СО РАН.

Этот проект — плод другого научного прорыва, случившегося в 2006 году — факторного репрограммирования генома. Тогда японский биолог Синъя Яманака с помощью особого биохимического состава (так называемого «коктейля Яманаки») смог переписать генные настройки обычных взрослых клеток — так сказать, «отмотать назад» их параметры до состояния эмбриональных стволовых клеток. За это Яманака разделил свою Нобелевскую премию 2012 года с британцем Джоном Гердоном  — первопроходцем идеи генного репрограмирования, огласившем ее в 1962-м.

— На теоретическом уровне это дает возможность выращивать для любого человека любой орган, — отмечает Татьяна Шнайдер. — Подчеркну — теоретически, в перспективе. Нынешний уровень биотехнологий пока не позволяет выращивать органы с полноценным функционалом — органы-запчасти, пригодные для пересадки. А вот миниорганы, уменьшенные биомодели мы можем выращивать уже сейчас: минипечени, минилегкие, минипочки. А самый ценный объект в этом модельном ряду — минимозги. В нашей лаборатории мы именно этим и занимаемся. Сначала из стволовых клеток мы делаем эмбриональные тельца. Все процессы, происходящие внутри такого шарика, идентичны тем процессам, что переживает двухнедельный эмбрион человека. Там клетки проходят свою предварительную функциональную ориентацию. После этого мы начинаем активно готовить клетки к этой избранной «профессии» — программируем их на оформление в клетки головного мозга посредством химического воздействия. После двух недель такого направляющего воздействия идет трехмесячное созревание. Их подкармливают и качают для равномерного снабжения кислородом и питательными веществами. Клеточный состав и комбинаторика клеток — как у реального мозга человеческого эмбриона. В прошлом году удалось даже вырастить минимозги с извилинами. Оказалось, извилины формируются от простого сжатия. А чуть больше месяца назад выяснилось, что и энцефалограмма таких минимозгов обладает модельной реалистичностью — она такая же, как у недоношенных детей. То есть теперь у нас появилась действующая биомодель, позволяющая увидеть процессы, прежде скрытые от нашего внимания. Стало возможным изучить ранние этапы развития головного мозга человека.

Хотя сейчас этот проект и эта технология — достояние сугубо фундаментальной науки, долгосрочное значение ее многогранно и весьма оптимистично. Но первые интересанты — это, разумеется, коллеги по российской академической среде. Получение материально и процессуально достоверной биомодели человеческого мозга — это исторический прецедент, до того доступным материалом были лишь лабораторные животные. И погрешность была огромна — достаточно просто сравнить мозг человека и белой мыши, чтобы понять, что исследовательская наглядность мышиного мозга весьма условна. Второй аспект — так называемое «Правило 14 дней». Оно действует в тех странах, где разрешены научные  работы с эмбрионом человека. Согласно этому закону, все манипуляции, все экспериментальные действия должны быть закончены на 14 день после оплодотворения.

— Но дело в том, что в контексте правила 14 дней мы мозг эмбриона исследовать не сможем, — объясняет парадокс Татьяна Шнайдер. — Его еще нет и в помине. На 14 день лишь появляются первые клетки, из которых мозг будет потом формироваться. А минимозг — вон он, уже есть. И на нем мы можем моделировать первые три месяца эмбрионального развития. Имея в руках такую модель, можно решать самые разные вопросы. Вплоть до самых амбициозных.

К таковым относится, например, исследование мозговой специфики неандертальцев. Некоторое время назад две исследовательские группы решили узнать, чем мозг неандертальца отличался от мозга кроманьонца. Но откуда взять лабораторный материал?

— Да, в современном человеке есть 2% неандертальских генов, —  обрисовывает суть научной проблемы Татьяна Шнайдер. — Но нужен был более обильный и лабораторно чистый их источник.  По фрагментам ДНК из костных материалов неандертальцев выявили гены, отвечающие за формирование мозга, и с их помощью создали из клеток современного человека минимодель неандертальского мозга. Оказалось, что неандертальские минимозги по форме существенно отличаются от кроманьонских мозгов. Рельеф совершенно другой. Похожи они на попкорн.

Впрочем, большинство других тем более приземленные. Например, минимозги пригодятся при исследовании ментальных патологий. Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, умственная отсталость разной степени тяжести. Так, на минимозгах удобно исследовать вирусную инфекцию Зика, очень опасную для плода и приводящую к микроцефалии новорожденных. При помощи минимозга удалось понять, какие клетки поражает вирус Зика и какова механика его атаки, как он проникает к клеткам. Нашли в итоге и схемы создания нескольких лекарственных препаратов, которые помогут в будущем противостоять этой инфекции.

Работа с органоидами идет и в межрегиональном научном контексте.

— Несколько лет назад наши коллеги из Томска собрали тестовую группу из нескольких пациентов с диагностированной умственной отсталостью, — рассказывает Татьяна Шнайдер. —  И у всех них мутация была всего в одном гене. Когда мы получили минимозги из клеток пациентов с этим диагнозом, то смогли выявить и динамический сценарий формирования мутации. Конечно, впереди еще долгий научный путь — детально выяснить, почему поломка в единственном гене ведет к таким последствиям. Сейчас основная задача — понять механику мутаций. И по итогам уже может быть сформирован скрининг для перинатального обследования — тема выйдет в контекст практической медицины, в повседневный контекст. Выход на этот уровень займет несколько лет.

А долгосрочный курс — выход на сюжет «Лекарство».

— Пока же мы лишь формируем базовую изыскательскую парадигму для прикладной медицины, —  резюмирует Татьяна Шнайдер. — Этот уровень работы еще академический. Мы не сулим излечение, мы изучаем заболевания, чтобы понять, как действовать в ближайшем будущем. Зато лет через 10 прорыв будет огромным. И, конечно же, мне совершенно понятен накал ожиданий, связанных с этой темой. Он очень хорошо виден именно на конференции TEDx. Очень нравится реакция публики, режим диалога. Появились два важных направления в обсуждении. Несколько человек интересовались, можно ли принять участие в подобных исследованиях. Люди увидели конвергенцию между фундаментальной и прикладной наукой. И, можно сказать, ее по-новому увидели и мы сами — глазами аудитории.

Татьяна Шнайдер — это, пожалуй, самый академичный в смысле контента спикер нынешней новосибирской конференции  ТEDx. Сам формат TED, существующий уже 30 лет, достаточно буквально олицетворяет идиому «наука и жизни» — тематическим массивом конференций становятся разработки и открытия, либо уже воплощенные в брендированных технологиях, либо находящиеся на полпути к тому. А предмет социокультурной рефлексии для спикеров и зрителей — мир, меняющийся под натиском технологий «сейчас и завтра». А послезавтра — это достаточно дальний горизонт для формата ТED в его изначальном виде. Создан он американцами — с их культом скорострельно действенной науки. Что, в принципе, и не отрицается. И даже «вшито» в имя события: сформировано оно из первых букв слов Technology, Entertainment, Design — технологии, развлечения, дизайн.

Даже с учетом того, что английское слово «design» по смыслу шире и весомее русского (то есть означает не только товарно-техническую эстетику, но и сугубо инженерную работу), «прикладные» приоритеты и даже чистый арт-хаус в контексте этих конференций тоже находят себе место. TEDx — суббренд, дочерний концепт, родившийся в 2009-м. Компонент  «x» означает и автономность, и множественность родства. Конференции TEDx — мультиформат, поскольку проходят на русском языке в городах России, Белоруссии, Казахстане, а большой TED-конгресс — это событие с монолокацией. Конференция эта проходит только в Ванкувере, билет на нее можно купить за год до начала  — за 10 тысяч долларов.


Игорь Смольников

Источники

Такой маленький, а уже мозг
Infopro54.ru, 21/10/2019

Похожие новости

  • 06/07/2016

    Евгения Долгова: сейчас мы работаем над уничтожением стволовых раковых клеток

    ​Группа исследователей из новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН создала универсальный маркер для стволовых раковых клеток. С его помощью стало возможным помечать и отслеживать вредоносные и наиболее опасные клетки, предположительно в любой раковой опухоли.
    1618
  • 12/11/2015

    Как предугадать нобелевский результат

    ​Можно ли определять научные приоритеты страны на десятки лет вперед без относительно достоверного прогноза? И кто, если не сами ученые, способны решить эту задачу? Недавно состоялся конкурс прогностических проектов, одним из победителей которого стал Федеральный исследовательский центр "Институт цитологии и генетики СО РАН".
    2469
  • 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.
    506
  • 20/06/2018

    От стресса до аутизма - один шаг?

    В секторе нейрогенетики социального поведения ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» под руководством д.б.н. Наталии Кудрявцевой разработали уникальную методику, позволяющую моделировать механизмы формирования неврологических расстройств.
    797
  • 25/08/2016

    Новосибирские генетики создали маркер для обнаружения раковых клеток

    ​В Новосибирске научились определять среди клеток рака "ключевых убийц", виновных в возникновении опухолей. Однако без господдержки маркер не сможет послужить людям.Ученые всего мира ищут способ победить рак, пытаясь создать препарат, с помощью которого можно отслеживать и помечать опасные клетки.
    2207
  • 27/11/2018

    Крыса узнает ракового больного по запаху: уникальное открытие российских ученых

    ​Первый в мире диагностический прибор с использованием... спящей крысы представят в среду ученые в Ростовском научно-исследовательском онкологическом институте Минздрава РФ. С помощью его можно обнаруживать рак легких, туберкулез и другие опасные заболевания на самых ранних стадиях.
    1621
  • 10/11/2016

    О перспективных направлениях исследований в области биоэнергетики

    ​Academcity продолжает анонсировать инновационные решения, которые будут представлены на форуме "Инновационная энергетика". Сегодня предлагается ознакомиться с перспективным направлением исследований в области биоэнергетики.
    1762
  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    503
  • 05/12/2016

    Сибирские генетики и управление фотосинтезом

    ​Ученые Новосибирского государственного университета и Института цитологии и генетики СО РАН отвечают на вопрос о том, как на генетическом уровне регулируется синтез и распределение хлорофилла в разных органах растений, исследуя геномы обычного ячменя и ячменя частичного альбиноса, у которого нарушена выработка хлорофилла.
    2515
  • 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.
    643