Одно из модных направлений современной биологии — создание и исследование органоидов головного мозга. Так называют его клетки, выращенные «в пробирке». Некоторые учёные озадачены: а вдруг они способны мыслить или чувствовать боль?
Представьте, что вы очнулись непонятно где. Ничего не видите и не слышите. И не чувствуете ничего, кроме бесконечного ужаса. Именно так могут «ощущать» себя «мини-мозги», выращенные в лаборатории.
О том, возможно ли такое и для чего это вообще понадобилось учёным, «АиФ» беседует с младшим научным сотрудником Института цитологии и генетики СО РАН Татьяной Шнайдер. Она руководит экспериментом по изучению органоидов в этом институте Новосибирского Академгородка.
Каждый из нас когда-то был шариком...
Дмитрий Писаренко, АиФ.ru: Татьяна, можно ли называть выращенные в лаборатории клетки «мини-мозгом»?
Татьяна Шнайдер: Это просто популярное название. В научных статьях так, конечно, не пишут. Мы называем их «органоиды головного мозга».
Строго говоря, это и не «мини-мозг», поскольку он не является миниатюрной копией мозга человека, а представляет собой его маленький кусочек. Мозг пока невозможно создать даже в столь крохотном масштабе. Ведь в нём очень много разных отделов. И их ещё не научились выращивать в такой структуре одновременно.
— Из чего же получают эти органоиды?
— Из стволовых клеток. Все органы человека образуются из одного типа клеток: эмбриональных стволовых. Каждый из нас когда-то, будучи зародышем, представлял собой маленький шарик, состоящий из 200 с небольшим клеток. Затем они делились, и со временем из них возникли все наши органы.
Однако во взрослом организме эмбриональных стволовых клеток нет. Где их взять? В 2006 году учёные научились делать то, что называется репрограммированием клеток: берутся клетки взрослого организма и при помощи специальных манипуляций их настройки «откатываются» до состояния эмбриональных стволовых. За эту технологию в 2012 году британцу Джону Гёрдону и японцу Синъе Яманаке дали Нобелевскую премию.
Мы в нашем институте берём эти взрослые клетки с верхних слоёв кожи донора. Процедура безболезненная. Из них в итоге получаем органоиды головного мозга.
— Где же они «живут»? Действительно в пробирках?
— Их выращивают в чашках Петри в большом количестве питательной среды. Ещё их нужно постоянно качать: у нас есть прибор, который совершает круговые движения с чашками Петри. Необходимо, чтобы жидкость, в которой живут органоиды, тщательно перемешивалась и питательные вещества проникали внутрь «мини-мозга» (ладно, будем его так называть).
Обычно они растут большими группами, чтобы им было весело (смеётся). В лаборатории у нас бывает до 10 чашек одновременно. Думаю, за всё время исследований мы навыращивали уже несколько тысяч «мини-мозгов».
— Ого! Как же вы их различаете? Имена им даёте?
— Мы их любим, заботимся о них, но имена пока не даём. А так они одинаковые, выглядят как небольшие шарики.
— Выращенные клетки действительно являются нейронами или только имитируют их?
— Это действительно нейроны. Мы воспроизводим в лаборатории нормальный процесс нейрогенеза человека, который происходит в первые три месяца после оплодотворения. Все события — деление клеток, их миграция, появление первых нейронов — там, без сомнения, есть. И связи между клетками — синапсы — тоже возникают, как у настоящих нейронов.
«Моделируем болезнь в лаборатории»
— Для чего всё это нужно?
— Пока лишь для фундаментальных исследований: изучаются механизмы возникновения нервных заболеваний и тяжёлых психических расстройств, таких, как шизофрения, аутизм, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Но со временем на подобных моделях будут искать способы лечения этих заболеваний, тестировать лекарственные препараты. Разговоры об этом ведутся, публикуются научные работы.
Кстати, один раз органоиды мозга уже помогли в поиске лекарства. В 2014 году случилась пандемия вируса Зика. А этот вирус вызывает микроцефалию у плода. Несколько групп учёных исследовали на органоидах, как он проникает в клетки головного мозга, что с ними делает... И даже протестировали действие лекарственных препаратов, показали, что от них есть эффект. Насколько я знаю, сейчас эти препараты проходят доклинические испытания.
Есть огромное количество генетических заболеваний с неизученными механизмами. У нас около 25 тыс. генов, мутации во многих из них приводят к различным заболеваниям. Задача подобных исследований — узнать, в какой момент и в каких клетках возникает патология, выяснить, что это за механизм и можно ли на него повлиять, чтобы избежать заболевания. По многим (в том числе этическим) причинам изучать на людях мы это не можем. А вот «мини-мозги» — очень удобная модель для исследований.
— А в вашем институте что именно на них изучают, какую патологию?
— Умственную отсталость. У человека есть ген CNTN6, функция которого пока плохо изучена. Наши коллеги из Томска обнаружили у нескольких пациентов с умственной отсталостью мутации этого гена. Мы хотим понять, есть ли связь между его «поломками» и патологией развития мозга на самой ранней его стадии. Изучаем, что именно вызывает этот ген в головном мозге. По сути, моделируем болезнь в лабораторных условиях.
— И есть результаты?
— Мы уже видим большие различия между органоидами, выращенными от здорового донора, и теми, что получены от человека с умственной отсталостью, носителя мутации гена CNTN6. Сейчас как раз готовим большую публикацию для научного журнала.
Нарастите мне мозг!
— Всех волнует вопрос: способен ли такой «мини-мозг» мыслить? Американский биолог Элан Охайон утверждает, что скоро этическая грань в выращивании органоидов будет преодолена: они научатся чувствовать боль. Это так?
— В последнее время много говорят о необходимости определить этический статус органоидов мозга. Думаю, в ближайшие пару лет этот вопрос станут подробно обсуждать на всяких комиссиях. Но как человек, который сам их выращивает и понимает, чем же они являются, могу совершенно точно сказать: никакой это не полноценный мозг, и быть им он не может. Для возникновения мыслительной деятельности необходимо много клеток, гораздо больше, чем есть сейчас, причём из разных отделов головного мозга. Повторюсь, вырастить их вместе пока невозможно.
А что касается боли, то нужны рецепторы, которые будут её воспринимать. У органоидов их тоже нет. Как нет и органов чувств, тех входных антенн, которые могли бы получать сигналы из внешней среды.
— Но в будущем они могут начать мыслить?
— Это философский вопрос. Полагаю, лет через 20 он станет актуальным. Но не сейчас.
— Вот ещё одна новость: в Калифорнийском университете в Сан-Диего создали «мини-мозг» с такой же электрической активностью, как у мозга недоношенных младенцев.
— Была такая научная публикация. Но тут дело в том, как это прочитать. Учёные смогли показать, что электроактивность, снятая с выращенных ими органоидов, напоминает электроактивность мозга недоношенных детей. Напоминает! Это вовсе не значит, что данные структуры одинаково функционируют.
С другой стороны, о чём это говорит? О том, что система очень хорошая. И что в подобных клеточных культурах можно получать достаточно зрелые нейроны, которые по своим характеристикам соответствуют нейронам человека.
— Раз система хорошая, не может ли она эволюционировать сама по себе? Допустим, ушли вы вечером с работы, утром вернулись — а чашка Петри до краёв забита мыслящей субстанцией!
— Нейрогенез человека — крайне сложный и очень длительный процесс. И размер мозга в нём имеет значение, и много чего ещё. Например, важно, что в нашем мозге есть кровеносные сосуды, благодаря им он растёт. А в органоидах их нет. Правда, учёные уже представляют, как выращивать мозги с сосудами. Об этом сейчас тоже много пишут.
— Возможно ли в будущем выращивание мозгов с целью трансплантации? Хотя бы частично: например, чтобы нарастить ту долю мозга, которая отвечает за определённые способности, которых человеку не хватает.
— К таким апгрейдам способностей, когда человек хочет стать чуть умнее или талантливее в изучении языков, я отношусь скептически. Вряд ли выращивание органоидов тут поможет. Но, пожалуй, можно будет решать не менее важную проблему, связанную с черепно-мозговыми травмами. Бывает, что из-за аварии или какого-то происшествия часть мозга разрушена, и её необходимо «подлатать». Вот в этом направлении медицина сможет двигаться.
Но глядя на те темпы, которыми сейчас развивается биология, я бы ничему не удивилась. Через сто лет будет возможно такое, что мы сейчас и представить себе не можем.
