Человеческий мини-мозг прижился в мозге крысы и среагировал на прикосновение к усам
Ученые из США придумали, как улучшить создание моделей человеческого мозга. В исследовании, опубликованном в Nature, утверждается, что пересадка мозгового органоида новорожденным крысам позволяет добиться того, что не получалось раньше: искусственный мини-мозг приживается и взаимодействует с другими клетками в организме крысы, в том числе реагирует на внешние раздражители — например, на прикосновение к усам.
Поскольку изучать головной мозг и его патологии на человеке сложно, ученые вынуждены использовать для этой цели лабораторных животных — грызунов или даже собак. Проблема в том, что такие модели не отражают все характеристики человеческого мозга и процессы в нем. Поэтому ученые стараются сделать мини-модели головного мозга из стволовых клеток человека — мозговые органоиды.
Чтобы сделать структуру, похожую на человеческий мозг, ученые выращивают стволовые клетки в окружении, которое заставляет их становиться клетками мозга. После этого органоид переносят животным, чтобы проверить, как он работает. И вот тут начинаются проблемы. Из-за своего искусственного происхождения мини-мозги не могут нормально развиваться в организме, а значит и функционировать должным образом, взаимодействуя с другими частями мозга грызунов. Ученые стараются решить проблему, создавая новые подходы к созданию и пересадке органоидов.
Команда исследователей из Стэнфордского университета под руководством Серджиу Пашка (Sergiu P. Pașca) продвинулась в этом деле. Они перенесли мозговой органоид новорожденным крысам, а не взрослым, как делали их коллеги. В этот период мозг еще не завершил свое развитие, что позволило органоиду прижиться и встроиться в его структуру. Кроме того, у крыс не было тимуса, а значит их адаптивный иммунитет не смог атаковать трансплантат.
Мозговые органоиды не только прижились в мозгу крыс: ученые отметили девятикратное увеличение объема трансплантата через три месяца после операции. Более того, внутри него появились сосуды и клетки микроглии — макрофаги нервной системы.
Клетки мозгового органоида, который встроили в организм грызунов, стали отличаться от тех, что выращивали in vitro. Они больше и экспрессируют гены, связанные с созреванием нейронов, а значит — ученые добились развития органоида в живом организме.
Кроме того, ученые выяснили, что с помощью мозгового органоида можно влиять на поведение крыс, для чего использовали методы оптогенетики. Сначала исследователи сделали органоид, который экспрессировал светочувствительный канал. Это белок, который открывается под действием света и меняет активность клеток. Затем мозговой органоид перенесли крысам, а через три месяца в трансплантат добавили оптическое волокно, которое генерировало красный или синий свет. Животные получали награду, если пили во время действия синего света. Через пятнадцать дней те крысы, которым вживили мозговой органоид со светочувствительным белком, поняли этот принцип. Ученые сделали вывод, что клетки органоида интегрировались в мозг и стали активировать нейроны, чтобы получать награду. Еще одно доказательство интеграции трансплантата смогли обнаружить, потрогав крыс за усы. В ответ на такой внешний стимул ученые заметили активацию части клеток в мозговом органоиде.
С помощью пересадки органоида новорожденным крысам с иммунодефицитом, ученые смогли решить сразу несколько проблем: их мини-мозг прижился, начал развиваться внутри живого организма и активно с ним взаимодействовать.
Исследователи предлагают использовать свою модель не только для изучения нормы. Им удалось сделать мозговые органоиды из клеток людей с синдромом Тимоти. Это генетическое заболевание, при котором нарушается работа сердца. Нейроны в таком органоиде отличались от тех, которые были сделаны из клеток здоровых людей, а значит модель воспроизводит особенности патологических состояний и может быть полезна при изучении патологий и тестировании лекарств.
Ученые давно пытаются воспроизвести органы человека в лабораторных условиях. Кроме мозга, они создают мини-желудки, кожу и даже сердце. Исследовательский интерес — не единственное, что движет исследователями. В будущем, такие органоиды можно будет использовать для пересадки людям, в случае необходимости.
Американские и китайские исследователи обнаружили, что практически полное выключение у мышей протоонкогена c-Myc после рождения приводит к преждевременному старению, однако в разы снижает заболеваемость раком и в целом продлевает жизнь. Препринт статьи доступен на bioRxiv. Протоонкоген c-Myc (часто просто Myc, он же фактор транскрипции bHLH) тканеспецифично регулирует экспрессию множества генов, влияющих на клеточный цикл, апоптоз, метаболизм, биогенез рибосом и другие процессы. Он чрезмерно экспрессируется при большинстве онкологических заболеваний и в этом случае способствует пролиферации злокачественно перерожденных клеток, ангиогенезу в опухоли и ее защите от иммунной системы. Мышиные эмбрионы с полностью выключенным геном Myc (Myc-/-) погибают из-за нарушений формирования плаценты, сосудов и кроветворной системы. У взрослых животных частичное блокирование эффектов Myc его модифицированным доменом bHLH-Zip (OMO-103) вызывает легкие и преходящие апластическую анемию и гипоплазию толстокишечного эпителия, зато приводит к регрессии имеющихся мутантных K-Ras-зависимых опухолей легких (этот препарат под названием Omomyc уже прошел I фазу клинических испытаний). Гетерозиготные Myc+/- мыши не только жизнеспособны, но и здоровее, активнее, миниатюрнее обычных животных (Myc+/+), медленнее стареют и дольше живут. При этом о долгосрочных эффектах полного нокаута Myc (Myc-/-) после рождения до сих пор ничего известно не было. Эдвард Проховник (Edward Prochownik) из Университета Питтсбурга с коллегами из США и Китая создали нокаутную систему на основе Cre-рекомбиназы, которая позволила добиться выключения от примерно 75 до более 95 процентов Myc в большинстве тканей (включая пролиферирующий эпителий кишечника и легких) у мышей, начиная с времени отнятия от груди. За ними наблюдали в течение всей жизни, сравнивая с обычными животными. Обе группы имели неограниченный доступ к стандартному лабораторному корму. После описанного выключения Myc мыши быстрее приобретали пожилой вид, что обусловлено ранней потерей мышечной массы и накоплением жира (это сильнее проявлялось у самцов), а также алопецией (облысением) и ахромотрихией (сединой) у обоих полов. Кроме того, такие животные, особенно молодые самцы, в целом были слабее, менее активны и обладали худшей координацией движений. Также у них наблюдались умеренные дисплазия костного мозга с панцитопенией, гипоплазия кишечного эпителия и жировая болезнь печени, однако с возрастом разница по этим показателям с контрольной группой уменьшалась. На метаболическом уровне у нокаутных мышей были нарушены гликолиз и окислительное фосфорилирование, из-за чего их энергообмен непропорционально полагался на β-окисление жирных кислот. Это сопровождалось дисфункцией электрон-транспортной цепи митохондрий (в том числе ее НАДН-дегидрогеназного комплекса в печени) и, как следствие, повышенной продукцией активных форм кислорода. Полнотранскриптомный анализ показал, что тканеспецифичные различия в экспрессии генов между группами коррелируют с наблюдаемыми признаками старения, и что дисрегуляция генов-мишеней Myc у модифицированных мышей воспроизводит таковую при нормальном старении у обычных грызунов и людей. Несмотря на перечисленные проявления ускоренного старения нокаутные мыши в целом жили гораздо дольше, чем обычные: медианная продолжительность жизни у них была 32,7 месяца против 28,3 в контрольной группе (p = 1,2×10-7). Это различие у самок (33,5 против 27,3 месяца; p = 1,5×10-8) было более выражено, чем у самцов (32,3 против 30,2 месяца; p = 0,037). Патологоанатомическое исследование показало, что на момент смерти различимые опухоли присутствовали у 17,3 процента животных с выключенным Myc против 58,1 процента в контрольной группе (p < 0,0001), что, вероятно, и обусловливало их высокую выживаемость. Таким образом, нормальное старение и связанная с ним предрасположенность к онкологическим заболеваниям тесно связаны через Myc и его гены-мишени; теоретически, их можно отделить друг от друга на генетическом уровне. Полученные результаты показывают, что ингибирование Myc у здоровых людей с целью продления жизни нецелесообразно, а его использование в качестве терапии опухолей требует крайней осторожности, особенно у детей, из-за риска ускоренного старения организма. Ранее другая научная группа выяснила, что дефицит таурина связан с возрастными заболеваниями, а поддержание его на нормальном уровне может замедлять клеточное старение и продлевать здоровую жизнь. Тогда же американские исследователи показали, что значительно сниженная концентрация кислорода в воздухе на 50 процентов продлевает жизнь мышам с искусственно ускоренным старением. Четырьмя годами ранее их соотечественники сообщили, что им удалось повернуть вспять эпигенетическое старение человека.
Источник
Свиная почка работает в теле человека с мертвым мозгом больше месяца
Хирурги из М едицинского центра Лангон Нью-Йоркского университета пересадили генетически сконструированную свиную почку мужчине, объявленному мертвым по неврологическим критериям. Его тело продолжало функционировать с помощью аппаратов. Свиная почка хорошо работала 32 дня после пересадки . Это самый длительный период, в течение которого свиная почка с отредактированными генами функционировала в теле человека. Процедура, проведенная 14 июля 2023 года под руководством Роберта Монтгомери, стала пят ой ксенотрансплантаци ей, выполнен ой в Центре. Почка все еще работает, н аблюдение за ней продолжается, исследование должно продлиться до середины сентября 2023 года.
« Р абота демонстрирует, что почка свиньи — только с одной генетической модификацией и без экспериментальных лекарств или устройств — может заменить функцию человеческой в течение как минимум 32 дней без отторжения», — сказал доктор Монтгомери.
Первое препятствие, которое необходимо преодолеть при использовании ксенотрансплантатов, — предотвращение так называемого сверхострого отторжения, которое обычно происходит через несколько минут после того, как орган животного соединяется с кровеносной системой человека. Этого добились п утем отключения гена, кодирующего биомолекулу альфа-гал, которая отвечает как раз за быстрое отторжение свиных органов людьми. Кроме того, чтобы предотвратить новые, отсроченные иммунные реакции, вилочковая железа свиньи, отвечающая за обучение иммунной системы, была встроена под наружный слой почки. П редыдущие трансплантаты свиных органов включали до 10 генетических модификаций. Чтобы гарантировать, что функция почек в организме поддерживалась исключительно свин ым органом , обе почки реципиента были удалены. Затем была пересажена почка свиньи, и она сразу же начала выделять мочу без каких-либо признаков отторжения. Уровни креатинина, показателя функции почек, обнаруживаемого в крови, на оптимальном уровне на протяжении всего исследования. И сследовани е , которое может спасти много жизней в будущем, стало возможным благодаря семье 57-летнего мужчины, котор ая решил а пожертвовать его тело науке, когда выяснилось, что его органы не подходят для трансплантации. Команда использовала стандартные иммуносупрессивные препараты для трансплантации в сочетании с расширенным скринингом свиного цитомегаловируса (pCMV) у свиньи-донора (именно этот вирус дал осложнения у человека, которому пересаживали серсдце свиньи). Через 32 дня pCMV не был обнаружен. Проведено тщательное наблюдение за эндогенным ретровирусом свиней (PERV) и шестью другими вирусами. Статья с научным описанием случая вышла в JAMA Surgery. Вышло научное расследование причин смерти мужчины, которому пересадили сердце свиньи Ученые оживили клетки, ткани и даже систему кровообращения мертвых свиней Еще два свиных сердца с отредактированными генами были успешно пересажены людям Умер человек, которому пересадили сердце ГМО-свиньи
Источник