Неврони на плъхове са присадени в мозъка на химерни мишки

Акценти

Екипът на проф. Кристин Болдуин от Колумбийския университет в Ню Йорк, САЩ, създава мишки с хибридни мозъци – една част е тяхна, другата е на плъхове. Оказва се, че мишките успяват да усетят миризмите чрез невроните на плъховете. За първи път едно животно успява да използва сетивния апарат на друго и да реагира според него. Това, казват изследователите, показва колко гъвкав може да бъде мозъкът, когато към него се прибавят външни мозъчни клетки.

Мишки с хибридни мозъци

Екипът на проф. Кристин Болдуин, специалистка по генетика в Колумбийския университет, работи по отглеждането на мишки с хибридни мозъци, съдържащи нервни клетки от два вида гризачи, различни, но и свързани тясно.

„Изследването започна да ни показва как можем да разширим гъвкавостта на мозъка и той да бъде в състояние да приема от нови входове, например, от човек-машина или трансплантирани стволови клетки“, обяснява проф. Болдуин.

Изследователката подчертава, че едно от най-големите предизвикателства, свързани с разбирането и лечението на заболяванията на човешкия мозък е, че с настоящите изследователски методи не е възможно напълно да бъдат разбрани нарушенията в него.

Факт е, че има модели на клетки и 3D култури, но те не позволяват да се определи дали клетките функционират наистина, пояснява ръководителката на проекта. И дава пример с извършваните в момента трансплантации на стволови клетки и неврони на хора, страдащи от болестта на Паркинсон и от епилепсия.

„Това е начин да се въздейства на заболяването, но всъщност ние не разбираме колко добре ще работи той. С хибридните мозъчни модели започваме да получаваме част от отговорите при това с много по-бързи темпове от клиничното изпитване.“

Как се създават хибридните мозъци

В по-стари експерименти учените създават хибридни мозъци като инжектират неврони или трансплантирант мозъчни органоиди с размер на грахово зърно от един вид или в развиващ се, или в напълно оформен мозък на мишка или плъх.

„Тези опити ни показаха, че сме донякъде ограничени в това кога и как може да добавим мозъчни клетки към съществуващ мозък. Ако мозъкът се е развил, то не е задължително трансплантираните клетки да се свързват по подходящ начин“, казва проф. Болдуин.

И затова в настоящите опити екипът прави нещо различно. Учените въвеждат стволови клетки от плъхове в миши бластоцисти – структури от ранния етап на развитието, който настъпва часове след оплождането. Това позволява на клетките на плъха и на мишката да растат и се интегрират заедно.

>>>Невронни мрежи помагат за предотвратяване на слепотата

Техниката е наречена допълване на бластоциста. Подобна е на метода, който се използва за създаването на мишки с човешка имунна система, които се оказват мощни изследователски инструменти.

„Това, което правим, е наистина авангардно“, признава проф. Кристин Болдуин. И вероятно е напълно права, защото до настоящото изследване създаването на хибридни мозъци на два различни вида е неуспешно.

Първата задача на екипа по време на опитите е да изследва къде в мозъка на мишката се появяват неврони на плъхове. Те се развиват по-бавно и имат по-големи мозъци. Когато са при мишката обаче клетките на плъха следват нейните инструкции. Така те ускоряват развитието си и създават същите видове връзки като на двойниците на мишката.

Както подчертава проф. Болдуин, в почти целия мозък на мишката има клетки на плъх: „А това беше доста изненадващо за нас. В същото време то ни показа, че има малко бариери пред вмъкването, а това предполага, че много видове миши неврони могат да бъдат заменени от подобен неврон на плъх.“

По време на следващите етапи на изследването екипът проверява дали невроните на плъховете са интегриране във функционалната невронна верига. В този случай става дума за част от системата на обонянието. Тя е от съществено значение за мишките, тъй като благодарение на нея те намират храна и бягат от враговете си.

Когато проектират възможността на мишия ембрион да убива или инактивира собствените си обонятелни неврони, учените са в състояние да определят много лесно дали невроните на плъховете са възстановили обонянието на гризачите.
Затова във всяка клетка ни мишка, екипът скрива бисквитка. „Бяхме много изненадани да видим, че те могат да я намерят с невроните на плъха“, казва ръководителката на изследването.

Някои от мишките се справят по-добре с намирането на бисквитката от други. Така учените установяват, че онези от тях, които са запазили заглушени собствените си обонятелни неврони, не се справят толкова добре с откриването на храната, колкото мишките, чиито обонятелни неврони са проектирани да изчезнат по време на развитието им.

Изводът, който прави проф. Болдуин: „Ако искате функционална замяна, се налага да изпразните дисфункционалните неврони, които просто си седят там. А това може да се случи при някои невродегенеративни заболявания и при разстройства на неврологичното развитие като аутизъм или шизофрения“.

Изводите

Хибридната мозъчна система, която екипът от Колумбийския университет създава, мишките могат да бъдат използвани, за да се анализира внимателно какво се случва в различните модели. Това от своя страна ще помогне за по-успешната трансплантация на човешки клетки.

„Най-добрият архитект на мозъка е геномът, а неговите еволюционни вариации позволяват прецизното сглобяване на различни клетъчни подтипове в невронни вериги със специфични за вида функции“, пишат авторите в статия с резултатите, публикувана в списание Cell.

Един от недостатъците на новата хибридна мозъчна система е, че клетките на плъховете се разпределят на случаен принцип във всяко животно, а това не позволява изследванията да се разширят и да бъдат насочени към други сензорни и невронни системи в мозъка.

>>>Невронна мрежа определя причината за исхемичен инсулт

Затова екипът на проф. Кристин Болдуин търси начин, чрез който може да накара вмъкнатите клетки да се развият само в един тип клетки, защото това би позволило много по-голяма прецизност на опитите.

Ако вмъкнатите клетки могат да бъдат ограничени в развитието си в хибридни мозъци, това ще отвори вратата към създаването на хибридни мозъци с неврони на примати, а това ще помогне на учените да се доближат още повече до разбирането за същността на човешката болест.