Биологи вырастили органоиды мозга из эмбриональной нервной ткани
Ученые вырастили самоорганизующиеся органоиды мозга из эмбриональной нервной ткани. Они позволяют моделировать разные участки мозга и раковые опухоли, а также могут использоваться для тестирования лекарств. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Princess Máxima Center, Hubrecht Institute/B Artegiani, D Hendriks, H Clevers
При работе биологи используют разные модели здоровых и больных тканей. Например, часто проводятся эксперименты на клеточных линиях или на лабораторных животных. В последние годы большое распространение получили 3D-органоиды, которые представляют собой уменьшенные версии органов. Чаще всего органоиды ученые выращивают из эмбриональных или плюрипотентных стволовых клеток, стимулируя их специальными веществами так, чтобы они дифференцировались в клетки нужной ткани. Именно так исследователи поступали и для получения органоидов мозга. При этом, чтобы смоделировать разные отделы мозга, биологам приходилось разрабатывать отдельные методы для каждого из них, что занимало много времени.
В новой работе ученые смогли вырастить органоиды мозга из эмбриональной нервной ткани. Они обнаружили, что маленькие фрагменты эмбриональной ткани способны самоорганизовываться в органоиды. При этом они имели сложную трехмерную архитектуру и содержали много различных типов клеток, характерных для нервной ткани. Например, в выращенных органоидах было много радиальной глии — клеток-предшественников, дающих начало другим клеткам, а именно нейронам. Кроме того, клетки выращенных органоидов активно вырабатывали компоненты внеклеточного матрикса, который обеспечивает механическую поддержку клеток. Также ученые выяснили, что органоиды сохраняли характеристики тех отделов мозга, из которых была получена эмбриональная нервная ткань. Все это указывает на то, что полученные органоиды могут быть полезны в изучении работы мозга в норме.
Однако исследователи также показали, что их органоиды можно использовать для моделирования опухолей. С помощью «молекулярных ножниц» CRISPR/Cas они внесли в несколько клеток в органоидах мутации в гене TP53. В норме он выполняет функцию «защитника генома», а мутации в нем встречаются в большом количестве раковых заболеваний. Через три месяца мутантные клетки разрослись на весь органоид и вытеснили здоровые. Также ученые снова использовали CRISPR/Cas, на этот раз чтобы внести мутации в гены TP53, PTEN и NF1, чтобы смоделировать конкретно глиобластому. Они также протестировали на органоидах уже существующие противораковые препараты. Так исследователи показали, что органоиды можно использовать для того, чтобы понять, как именно мутации в генах влияют на клетки и ткани и какие лекарства будут эффективны в конкретных случаях.
Исследователи смогли выращивать органоиды в чашке Петри в течение шести месяцев, что говорит об их высокой стабильности. Они также могли размножать их, получая много органоидов из одного образца эмбриональной ткани. Органоиды, моделирующие опухоль, исследователи тоже смогли размножить, при этом копии органоидов сохраняли внесенные генетические мутации. Благодаря этому биологи смогут получать надежные и воспроизводимые результаты экспериментов.
Текст: Елизавета Перепелица
Hendriks, D., Pagliaro, A., Andreatta, F., Ma, Z., van Giessen, J., Massalini, S., López-Iglesias, C., van Son, G. J. F., DeMartino, J., Damen, J. M. A., Zoutendijk, I., Staliarova, N., Bredenoord, A. L., Holstege, F. C. P., Peters, P. J., Margaritis, T., Chuva de Sousa Lopes, S., Wu, W., Clevers, H., & Artegiani, B. (2024). Human fetal brain self-organizes into long-term expanding organoids. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.12.012