Мозг в пробирке 04.06.2015

О том, что происходит внутри мозга, мы можем узнать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) - она позволяет увидеть активность в тех или иных участках нервной ткани и довольно точно сопоставить эту активность с выполнением той или иной задачи. Но мы не сможем узнать о мозге все, если не проникнем на клеточный уровень, на уровень нейронов и межнейронных контактов - синапсов, на уровень вспомогательных глиальных клеток, которые не только питают нейроны, но и вмешиваются в проведение нейрохимического сигнала. Причем следует помнить, что нейронных разновидностей существует много. Например, если мы внимательно рассмотрим кору полушарий, мы обнаружим в ней шесть слоев, отличающихся друг от друга по соотношению нейронов разного типа. Чтобы понять, как на молекулярно-клеточном уровне реализуются высшие когнитивные функции (а именно ими и занимается кора), нам нужно до тонкостей понять устройство и взаимосвязь ее слоев между собой.

Что-то, конечно, можно исследовать на мозгах грызунов и приматов. Кроме того, часто взаимодействие нейронов изучают в клеточной культуре: клетки живут в питательной среде на дне какой-нибудь лабораторной посудины, а нейробиологи следят, как у них, к примеру, меняется сила синапсов в ответ на те или иные раздражители. В результате можно сделать некие выводы о причинах шизофрении, аутизма и других когнитивных нарушений - ведь в случае таких патологий нарушается как раз нейронная архитектура, взаимосвязь нейронов друг с другом. Но плоский слой культуры клеток - все-таки не кора с ее шестью слоями. Другой способ состоит в анализе образцов, взятых у умерших людей. Надо ли говорить, что тут все время нужно помнить о посмертных изменениях в клеточном устройстве, да и проведение сигнала в таких образцах изучать невозможно. В идеале хотелось бы, чтобы у нас в руках была объемная клеточная модель, полностью воссоздающая тот или иной элемент структуры мозга, если не весь мозг. Эксперименты исследователей из Стэнфордского университета нас к такому идеалу заметно приближают.

Разумеется, дело не обошлось без стволовых клеток - Серджиу Паска (Sergiu Pasca) и его коллеги получили из человеческой кожи индуцированные стволовые клетки и затем превратили их в нейроны. Сейчас это уже почти стандартная процедура: дифференцированные клетки заставляют "вспомнить молодость", когда они были стволовыми и не умели ничего делать, кроме как делиться. Зато их можно превратить в любой другой клеточный тип, нужно лишь направить их по нужному пути с помощью молекулярных сигналов. Поначалу все шло как обычно: искусственные стволовые клетки росли плоским слоем в культуральной посуде. Но потом их отделили со дна и пересадили в специальное новое "место жительства", где они уже не могли прочно прикрепиться к стенкам или ко дну. За несколько часов клетки объединились в микрошарики, в которых продолжали делиться. И вот тут-то у них запустили превращение в клетки нервной ткани.

Через семь недель 80% клеток по молекулярным и прочим признакам стали похожи на нервные. Причем 7% превратились не в нейроны, а в глиальные астроциты, которые поддерживают и питают нейроны, защищают их от проникновения вредных веществ из крови, а также регулируют нейронную активность. До сих пор не удавалось вырастить и нейроны, и поддерживающие их клетки из одного стволового материала, приходилось пользоваться сторонними астроцитами, полученными от другой линии стволовых клеток, что означало, что генетически те и другие оказывались различны - тогда как в мозге все клетки несут одинаковые гены. Теперь же, по-видимому, это затруднение исчезнет.

Но самое главное выяснилось, когда проанализировали структуру клеточных комплексов (их назвали кортикальными сфероидами) - оказывается, их архитектура была похожа на ту, которая есть в коре полушарий. Причем 80% нейронов отвечали на внешний стимул, а 86% демонстрировали спонтанную активность и образовывали друг с другом нейронные цепочки, передавая сигнал друг другу. Иными словами, удалось получить довольно правдоподобную трехмерную модель коры мозга.