«Наша работа подчеркивает замечательную способность органоидов мозга генерировать примитивные сенсорные структуры, которые являются светочувствительными и содержат типы клеток, аналогичные тем, которые обнаруживаются в организме», – говорит старший автор исследования Джей Гопалакришнан из Университетской больницы Ду?Sseldorf. «Эти органоиды могут помочь в изучении взаимодействия между мозгом и глазами во время развития эмбриона, моделировании врожденных заболеваний сетчатки и создании типов клеток сетчатки для индивидуального тестирования лекарств и трансплантационной терапии."
Многие аспекты развития человеческого мозга и заболеваний можно изучать с помощью трехмерных органоидов мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, которые могут давать начало всем типам клеток в организме. Ранее исследователи использовали эмбриональные стволовые клетки человека для создания глазного бокала, который дает начало сетчатке – светочувствительному слою ткани в задней части глаза. Другое исследование продемонстрировало, что структуры, подобные оптическим чашечкам, могут быть созданы из ИПСК, которые происходят из взрослых клеток, которые были генетически перепрограммированы обратно в плюрипотентное состояние, подобное эмбриону.
В прошлом производство оптических чашек из плюрипотентных стволовых клеток было сосредоточено на создании чистой сетчатки. До сих пор оптические чашки и другие трехмерные структуры сетчатки не были функционально интегрированы в органоиды головного мозга.
Чтобы добиться этого, Гопалакришнан и его команда изменили протокол, который они ранее разработали для превращения ИПСК в нервную ткань. Органоиды головного мозга человека образовывали глазные чашки, которые появлялись уже через 30 дней и созревали в виде видимых структур в течение 50 дней. Эти временные рамки совпадают с периодом развития сетчатки у эмбриона человека и могут сделать определенные типы нейробиологических экспериментов, связанных с развитием, более эффективными.
В 16 независимых сериях от четырех доноров ИПСК исследователи сгенерировали 314 органоидов головного мозга, 72% из которых сформировали оптические чашки, что свидетельствует о воспроизводимости метода.
Эти структуры содержали различные типы клеток сетчатки, которые образовывали электрически активные нейронные сети, реагирующие на свет. Органоиды головного мозга глазного бокала также содержали ткань хрусталика и роговицы и демонстрировали связь сетчатки с областями мозга. «В головном мозге млекопитающих нервные волокна ганглиозных клеток сетчатки тянутся, чтобы соединиться со своими целями в мозгу, – аспект, который никогда ранее не проявлялся в системе in vitro», – говорит Гопалакришнан.
В будущих исследованиях они планируют разработать стратегии, позволяющие поддерживать жизнеспособность оптических чашечек в течение длительного периода времени, используя их для исследования механизмов, вызывающих нарушения сетчатки.