Мозок у пробірці 04.06.2015

Про те, що відбувається всередині мозку, ми можемо дізнатися за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії (ФМРТ) – вона дозволяє побачити активність у тих чи інших ділянках нервової тканини і досить точно зіставити цю активність із виконанням того чи іншого завдання. Але ми не зможемо дізнатися про мозку все, якщо не проникнемо на клітинний рівень, на рівень нейронів та міжнейронних контактів - синапсів, на рівень допоміжних гліальних клітин, які не тільки живлять нейрони, а й втручаються у проведення нейрохімічного сигналу. Причому слід, що нейронних різновидів існує багато. Наприклад, якщо ми уважно розглянемо кору півкуль, ми виявимо в ній шість шарів, які відрізняються один від одного за співвідношенням нейронів різного типу. Щоб зрозуміти, як на молекулярно-клітинному рівні реалізуються вищі когнітивні функції (а саме ними і займається кора), нам потрібно до тонкощів зрозуміти пристрій та взаємозв'язок її верств між собою.

Щось, звичайно, можна дослідити на мізках гризунів та приматів. Крім того, часто взаємодію нейронів вивчають у клітинній культурі: клітини живуть у живильному середовищі на дні якогось лабораторного посуду, а нейробіологи стежать, як у них, наприклад, змінюється сила синапсів у відповідь на ті чи інші подразники. В результаті можна зробити деякі висновки про причини шизофренії, аутизму та інших когнітивних порушень - адже у разі таких патологій порушується саме нейронна архітектура, взаємозв'язок нейронів один з одним. Але плоский шар культури клітин - таки не кора з її шістьма шарами. Інший спосіб полягає в аналізі зразків, взятих у померлих людей. Чи треба говорити, що тут весь час потрібно пам'ятати про посмертні зміни в клітинному пристрої, та й проведення сигналу в таких зразках вивчати неможливо. В ідеалі хотілося б, щоб у нас була об'ємна клітинна модель, що повністю відтворює той чи інший елемент структури мозку, якщо не весь мозок. Експерименти дослідників зі Стенфордського університету до такого ідеалу нас помітно наближають.

Зрозуміло, справа не обійшлася без стовбурових клітин - Серджі Паска (Sergiu Pasca) і його колеги отримали з людської шкіри індуковані стовбурові клітини і потім перетворили їх на нейрони. Зараз це вже майже стандартна процедура: диференційовані клітини змушують "згадати молодість", коли вони були стовбуровими і не вміли нічого робити, як ділитися. Зате їх можна перетворити на будь-який інший клітинний тип, потрібно лише направити їх потрібним шляхом за допомогою молекулярних сигналів. Спочатку все йшло як завжди: штучні стовбурові клітини росли плоским шаром у культуральному посуді. Але потім їх відокремили з дна і пересадили у спеціальне нове "місце проживання", де вони вже не могли міцно прикріпитися до стін або до дна. За кілька годин клітини об'єдналися у мікрокульки, у яких продовжували ділитися. І ось тут у них запустили перетворення на клітини нервової тканини.

Через сім тижнів 80% клітин за молекулярними та іншими ознаками стали схожі на нервові. Причому 7% перетворилися над нейрони, а гліальні астроцити, які підтримують і живлять нейрони, захищають їхню відмінність від проникнення шкідливих речовин із крові, і навіть регулюють нейронну активність. Досі не вдавалося виростити і нейрони, і клітини, що їх підтримують, з одного стовбурового матеріалу, доводилося користуватися сторонніми астроцитами, отриманими від іншої лінії стовбурових клітин, що означало, що генетично ті та інші виявлялися різні - тоді як у мозку всі клітини несуть однакові гени . Тепер же, мабуть, ця скрута зникне.

Але найголовніше з'ясувалося, коли проаналізували структуру клітинних комплексів (їх назвали кортикальними сфероїдами) - виявляється, їхня архітектура була схожа на ту, яка є в корі півкуль. Причому 80% нейронів відповідали зовнішній стимул, а 86% демонстрували спонтанну активність і утворювали один з одним нейронні ланцюжки, передаючи сигнал один одному. Інакше кажучи, вдалося отримати досить правдоподібну тривимірну модель кори мозку.