Биологи из Стэнфордского университета создали мышей, у которых большую часть коры мозга занимает нервная ткань, выращенная из стволовых клеток человека. Пересаженные новорожденным мышатам органоиды соединились с нервной системой хозяина и начали синхронно генерировать электрические сигналы. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Место освободили генной инженерией: в клетках-предшественниках коры эмбрионов «выключили» ген Esco2, без которого делящиеся клетки погибают, и грызуны родились практически без неокортекса и гиппокампа — главных зон мышления и памяти. Новорожденным мышатам с ослабленным иммунитетом пересадили четыре органоида коры — сгустки нервной ткани, выращенные из стволовых клеток. Между вторым и третьим месяцем имплантаты выросли в 4,7 раза, заняв 91,9% объема коры при плотности около 32 тысяч нейронов на кубический миллиметр.
Человеческие нейроны воспроизвели клеточное разнообразие развивающейся коры, включая редкие нейроны пятого слоя, отростки которых дотянулись до спинного мозга — при сохранной коре хозяина такого не добивались. В трансплантатах нашлись и похожие на нейроны фон Экономо клетки. Эти крупные нейроны встречаются только у человека, слонов, китов и приматов. Их связывают с социальным познанием и психическими расстройствами, обычные органоиды их почти не дают. Микроскопия зафиксировала в ткани синхронные волны кальциевой активности — признак работы единой сети. Для самих мышей замена мозга обошлась почти без потерь: животные доживали до взрослого возраста, в целом нормально двигались, хотя координация лап и спонтанное поведение изменились.
Платформа пригодилась для моделирования болезней: мышей с человеческой корой на пять часов помещали в камеру, где уровень кислорода снижали с 21% до 5%, — имитация родовой гипоксии, частой причины детского церебрального паралича. Ткань ответила включением белка HIF1α — маркера кислородного голодания, разрастанием сосудов и воспалительных клеток, а походка мышей изменилась.
В 2022 году группа Серджиу Пашки уже пересаживала органоиды крысам, но те занимали лишь треть полушария и конкурировали с мозгом хозяина. Авторы называют метод «ксенокортикацией» и видят в нем способ проверять лекарства на человеческих нейронах в живом мозге: раньше пересаженные органоиды помогли создать терапию наследственного заболевания — синдрома Тимоти. Работу согласовали с биоэтиками и независимым комитетом Стэнфорда: чем взрослее становится человеческая ткань в мозге животных, тем строже нужен надзор.
Ранее ученые смогли реконструировать видеоролики по клеткам мозга мыши.