Уникальное понимание развития человеческого мозга: Модель раннего эмбрионального мозга
Исследователи стволовых клеток из Копенгагенского университета создали модель раннего эмбрионального мозга. Модель углубит понимание того, как развивается человеческий мозг, и тем самым ускорит разработку методов лечения стволовыми клетками таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, эпилепсия и деменция.
Стадии развития мозга со второй по седьмую неделю эмбриогенеза до сих пор оставались практически неизученными. Чтобы изучить этот период, учёные разработали модель, имитирующую ранние стадии человеческого мозга в лаборатории.
Модель основана на эмбриональных стволовых клетках, выращенных в микрофлюидной системе, созданной совместно с биоинженерами из Лундского университета (Швеция).
«Мы знаем, что на ранней эмбриональной стадии мозг подвергается воздействию различных концентраций факторов роста, что вызывает формирование различных областей мозга. Используя микрофлюидные методы, мы можем — в чрезвычайно контролируемых условиях — воссоздать среду, существующую в раннем эмбрионе», — объясняет первый автор исследования, доцент Педро Рифес.
При воздействии контролируемой среды на стволовые клетки создаётся ткань, напоминающая эмбриональный мозг на очень ранней стадии, примерно через 4–5 недель после оплодотворения яйцеклетки.
«Дерево развития» человеческого мозга
Исследователи будут использовать новую модель для создания карты развития клеток мозга — своего рода «дерева развития» мозга. Это позволит узнать новое о том, как формируется огромная сложность различных нервных клеток в человеческом мозге на ранних эмбриональных стадиях.
«Впервые у нас есть доступ к ткани, напоминающей ранний эмбриональный мозг, и это позволяет нам изучать, что происходит с каждой отдельной клеткой на каждом этапе развития», — говорит ведущий учёный исследования, доцент Агнете Киркеби.
Идея в том, что исследователи мозга по всему миру смогут использовать это «дерево развития» в качестве руководства для получения различных типов нервных клеток для терапии стволовыми клетками. Изучая естественное развитие нервных клеток, учёные смогут ускорить создание «рецептов» для получения специфических нервных клеток в лаборатории.
Рецепт для лечения стволовыми клетками
Агнете Киркеби уже несколько лет работает над разработкой терапии стволовыми клетками для болезни Паркинсона. Этот проект потребовал от неё и коллег создания очень специфического типа нервных клеток — дофаминергических нейронов, которые теряются при болезни Паркинсона.
«Мы прошли долгий путь и скоро впервые сможем испытать лечение стволовыми клетками на людях. Но нам потребовалось более 10 лет, чтобы продвинуться так далеко, потому что мы зависели от методологии проб и ошибок для разработки правильных нервных клеток из стволовых».
С новыми знаниями, полученными из модели, исследователи ожидают, что смогут значительно сократить этот процесс в будущем.
«Если мы поймём, как именно развивается мозг на ранних стадиях, мы станем лучше направлять стволовые клетки в нужном направлении при производстве человеческих нервных клеток в лаборатории. Это позволит нам быстрее и эффективнее разрабатывать клеточные методы лечения неврологических заболеваний, таких как эпилепсия, болезнь Паркинсона и некоторые виды деменции», — говорит Агнете Киркеби.
Новые возможности для тестирования токсинов окружающей среды
Модель эмбрионального мозга также может быть использована для исследования того, как клетки мозга на ранних эмбриональных стадиях реагируют на определённые химические вещества в окружающей среде, потребительских товарах или лекарствах, которые могут потребоваться некоторым беременным женщинам.
Исследование опубликовано в Nature Biotechnology.