««Міні-мізки» можуть допомогти нам зрозуміти, що робить нас людьми», - сказав експерт з нейронауки

Керівник групи відділу клітинної біології Лабораторії молекулярної біології Ради медичних досліджень (MRC) та частини Кембриджського біомедичного кампусу у Великобританії; міг революціонізувати вивчення мозку завдяки багаторічним дослідженням та деяким шансам. За словами Мадлен Ланкастер, її спроба виростити нейронні стовбурові клітини не вдалася, але вона й гадки не мала, що плаваючі кульки клітин, які вона бачила під мікроскопомі на чашці Петрі, були, по суті, мініатюрними тканинами мозку.

Він зробив інноваційну роботу в розробці органоїдних технологій мозку, яка породжує значний прогрес у неврологічному розвитку та дослідженні захворювань. Робота в лабораторії Ланкастера зосереджена на вивченні розвитку людського мозку за допомогою органоїдів мозку. Лабораторія використовує міні-мозок для вивчення найбільш фундаментальних відмінностей між розвитком мозку людини та розвитком інших видів ссавців. Його прогрес ставить під загрозу все, що відбувається з точки зору досліджень мозку, і наближає нас до відповіді на інтригуюче питання: що робить нас людьми?

«Я поставив собі за мету виростити нейронні стовбурові клітини на поверхні чашки Петрі, але протягом доби я зрозумів, що щось пішло не так», - розповідає він Infobae виключно в телефонному чаті. Білкова підготовка, яку я використовувала для покриття дна страви, була досить старою, а це означало, що клітини не склеювалися так, як треба, а утворювали плаваючі кульки. Багато вчених, ймовірно, викинули б цей продукт, але я дозволив йому продовжувати рости. Дуже скоро мені вдалося побачити структури всередині, які, як нейробіолог, я визнав певні характеристики, які ви побачите в мозку».

-Тобтосказати, що, як і в інших відомих випадках науки, був шанс інгредієнтом?

Це було випадкова, це правда, в тому сенсі, що ці істоти просто з'явилися на тарілці лабораторії, коли я їх не очікував. Терміни також були дуже хорошими, оскільки відкриття відбулося на початку моєї докторської стипендії, а це означало, що я міг вільно досліджувати і дозволяти спостереженням, які я міг би вести мене. Післяпочаткового збудження було багато роботи, що стосується перетворення цих маленьких кульок клітин в тканини. Рік я стежив за своїми випробуваннями і помилками з такою розробкою: повторював ці експерименти, додаючи в клітини різні комбінації харчових добавок, старанно записуючи результат в свою лабораторну книгу. Врешті-решт я виявив, що певний протеїновий гель під назвою Matrigel забезпечив достатню підтримку, щоб клітини могли самоорганізуватися в тривимірні тканини.

-Це органели?

- Дійсно. Ці тривимірні тканини відомі як органоїди, що буквально означає органоподібні, але альтернатива, яка використовується в лабораторії для дослідження глибини мозку, в даному випадку та можливих методів лікування проти його недуг. Саме так і є ці конструкції, яких ми досягли в лабораторії: це мініатюрні тканини органів, які нагадують справжні, наприклад, вони мають однакові типи клітин, структури та подібні функції. Залежно від виду використовуваних стовбурових клітин розвиваються різні органели. У моєму випадку я використовував нейронні клітини для вирощування органоїдів мозку або «міні-мізків», як їх іноді називають, але інші в Кембриджі зараз культивують міні-легені, міні-кишки та міні-тканини печінки.

-Які перші кроки в дослідженні головного мозку?

- Вивчення цього людського органу ставить перед собою виклик. Хоча моделі тварин допомогли нам зрозуміти основні механізми, вони можуть взяти нас лише до цих пір. Знову ж таки, нейрони, отримані із стовбурових клітин людини, культивованих у 2D, надали цінну інформацію про себе, але нейрони не існують ізольовано, тому існує межа того, що ми можемо зрозуміти про те, як працює мозок з цих досліджень. Церебральні органели дають нам те, що виглядає і поводиться набагато більше, як реальна річ. Вони дозволили нам задати питання про те, чому ми виключно сприйнятливі до неврологічних та психічних станів, таких як шизофренія, які, здається, не впливають на тварин. Іособлива увага моєї лабораторії - це те, що робить людський мозок таким особливим.

-Наступнимкроком було б виявити, що відрізняє нас від тварин: як це можна виявити?

- Розуміння того, що відрізняє нас від інших тварин, є фундаментальним питанням. Наприклад, ми знаємо, що дельфіни розумні і мають великий мозок, але у них немає розмов Zoom! Мізкивеликих мавп приблизно втри рази менше, ніж у нас; насправді мої недавні розрахунки показали, що вони ближче за розміром до мозку миші. Нам дійсно цікаво зрозуміти, як відбувається ця різниця в розмірах. Ми вирощуємо органели з клітин людини і наших найближчих живих родичів: шимпанзе і горил. Ми виявили, що відмінності були дуже рано в розвитку. Стовбурові клітини людини були повільнішими, ніж наші родичі мавпи, переходячи до стану, який дозволив би нейронам рости. Ця дуже тонка варіація на цьому ключовому етапі, коли клітини розширюються експоненціально, має драматичний вплив на кінцевий продукт.

-Які ще відмінності ви виявили?

-Ми також виявили, що людські органоїди мають вдвічі більший розмір, порівняно з шимпанзе та горилою. Це дуже добре відповідає тому, що ви бачите з точки зору розміру мозку. Зокрема, у корі головного мозку кількість нейронів у мозку людини вдвічі перевищує мозок великих мавп. Щоб скористатися аналогією комп'ютера: якщо розмістити більше центральних блоків обробки, ви отримаєте більше обчислювальних потужностей. Я думаю, що це, мабуть, велика частина того, що відбувається і дозволяє людям мати наші унікальні когнітивні здібності.

-Це спосіб розслідування дистанціювання від того, як це було зроблено в минулому?

-Наука завжди про те, як досліджувати. п'ятсот років тому люди картували світ: вони подорожували його і перевели його на все більш точні документи. Тепер ми повернулися всередину і намагаємося відобразити те, що відбувається всередині наших тіл. Коженексперимент - це відкриття. Дуже цікаво переглядати мікроскоп і знати, що ви перша людина в історії людства, яка стала свідком певного біологічного явища. Цетак захоплююче. Мені подобається думати, що глибокі відкриття можуть виходити з несподіваних спостережень. У науці є багато шансів, але ви також повинні бути відкритими до неї. У цій дисципліні нас вчать слідувати науковому методу, який дуже важливий, але багато людей забувають перший крок, який полягає в тому, щоб зробити гарне спостереження.

-Які речі вже відбуваються з вашими органоїдами?

-Я радий бачити, як органоїди можуть допомогти відповісти на інші питання дослідження. Наприклад, ми спостерігаємо зростаючий інтерес до використання інструменту для вивчення гематоенцефалічного бар'єру, епілепсії та нейродегенерації.

Я дуже хочу взаємодіяти з іншими дослідниками Кембриджської спільноти. Пандемія піддала нас більш відкритій спільній роботі, яку наука не відчувала таким чином у минулому. Обмінміж різними спеціальностями, дослідницькими центрами та університетами по всьому світу перетинався з базами банків охорони здоров'я, які збереглися роками і які завдяки їх доступу дозволили професіоналам з усіх дисциплін знаходити нові шляхи разом, використовуючи знання з різних кути. Я думаю, що часто легко зосередитись на нашій конкретній галузі, але ми можемо багато чого навчитися з усіх дисциплін. Часто ми задаємо дуже схожі питання, але підходимо до них з різних сторін. Я думаю, що, зрештою, нам знадобляться відповіді на всі питання, щоб розгадати те, що робить нас людьми.

ПРОДОВЖУЙТЕЧИТАТИ: