Как инновации в области стволовых клеток повлияли на передовые нейробиологические исследования

Одним из решающих факторов в изучении человеческого мозга является способность проводить исследования реально функционирующих тканей человеческого мозга. В результате многие научные исследования проводятся на грызунах как заместителях млекопитающих. Недостатком этого подхода является то, что мозг грызунов отличается по структуре и функциям. Согласно Джонсу Хопкинсу, структурно мозг человека состоит примерно на 30 процентов нейронов и 70 процентов из глии, тогда как мозг мыши имеет противоположное соотношение [1]. Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что дендриты нейронов человека несут электрические сигналы иначе, чем нейроны грызунов [2]. Инновационная альтернатива - выращивание ткани мозга человека с использованием технологии стволовых клеток.

Стволовые клетки - это неспециализированные клетки, которые дают начало дифференцированным клеткам. Это относительно недавнее открытие, относящееся к 80-м годам. Эмбриональные стволовые клетки были впервые обнаружены в 1981 году сэром Мартином Эвансом из Кардиффского университета, Великобритания, а затем в Кембриджском университете, лауреатом Нобелевской премии по медицине 2007 года [3].

В 1998 году изолят эмбриональных стволовых клеток человека были выращены в лаборатории Джеймсом Томсоном из Университета Висконсина в Мэдисоне и Джоном Гирхартом из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе [4].

Восемь лет спустя Синья Яманака из Киотского университета в Японии открыл метод трансформации клеток кожи мышей в плюрипотентные стволовые клетки с использованием вируса для введения четырех генов [5]. Плюрипотентные стволовые клетки обладают способностью развиваться в другие типы клеток. Яманака вместе с Джоном Б. Гардоном получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2012 года за открытие, что зрелые клетки могут быть перепрограммированы, чтобы стать плюрипотентными [6]. Эта концепция известна как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки или ИПСК.

В 2013 году европейская исследовательская группа ученых во главе с Мадлен Ланкастер и Юргеном Кноблихом разработала трехмерный (3D) церебральный органоид с использованием человеческих плюрипотентных стволовых клеток, которые «выросли примерно до четырех миллиметров в размере и могли выжить в течение 10 месяцев. . [7] ». Это было большим прорывом, поскольку предыдущие модели нейронов культивировались в 2D.

Совсем недавно, в октябре 2018 года, группа ученых под руководством Тафтса вырастила трехмерную модель ткани человеческого мозга, которая проявляла спонтанную нервную активность в течение как минимум девяти месяцев. Исследование было опубликовано в октябре 2018 г. в ACS Biomaterials Science & Engineering, журнал Американского химического общества [8].

От первоначального открытия стволовых клеток у мышей до выращивания трехмерных моделей нейронных сетей человека из плюрипотентных стволовых клеток менее чем за 40 лет темпы научного прогресса были экспоненциальными. Эти трехмерные модели ткани человеческого мозга могут способствовать развитию исследований в области новых методов лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона, мышечной дистрофии, эпилепсии, бокового амиотрофического склероза (также известного как БАС или болезнь Лу Герига) и многих других заболеваний и расстройств мозга. Инструменты, которые нейробиология использует для исследований, становятся все изощреннее, и стволовые клетки играют важную роль в ускорении прогресса на благо человечества.

Copyright © 2018 Cami Rosso Все права защищены.

2. Россо, Ками. «Почему человеческий мозг демонстрирует более высокий интеллект?» Психология сегодня. 19 октября 2018 г.

3. Кардиффский университет. «Сэр Мартин Эванс, лауреат Нобелевской премии по медицине». Получено 23 октября 2018 г. с сайта http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans.

4. Просмотры сердца. «Хронология стволовых клеток». 2015 апр-июн. Получено 23.10.2018 с сайта https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#.

5. Скуделлари, Меган. «Как iPS-клетки изменили мир». Природа. 15 июня 2016 г.

6. Нобелевская премия (2012-10-08). «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012 г. [Пресс-релиз]. Получено 23 октября 2018 г. с сайта https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/.

7. Роджан, Сьюзан Янг. «Ученые выращивают трехмерные ткани мозга человека». Обзор технологий MIT. 28 августа 2013 г.

1. Cantley, William L .; Ду, Чжуан; Ломойо, Селена; ДеПальма, Томас; Пайрен, Эмили; Кляйнкнехт, Доминик; Хантер, Мартин; Tang-Schomer, Min D .; Теско, Джузеппина; Каплан, Дэвид Л. » Функциональные и устойчивые трехмерные модели нейронных сетей человека из плюрипотентных стволовых клеток ».ACS Biomaterials Science & Engineering, журнал Американского химического общества. 1 октября 2018 г.