Микромозг на троих |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2024-07-06 15:01 Микромозг на троих. Химероид, сделанный из нервных клеток разных людей, поможет отличить в развитии мозга генетические факторы и факторы среды. Чтобы изучать клетки живьём, их выращивают в клеточной культуре: множество клеток растут и делятся на дне специальной ёмкости, погружённые в питательную среду. Но всё-таки клетки, растущие монотонным слоем, не то же самое, что клетки в настоящем органе. Более полную картину дают органоиды – микроскопические подобия настоящих органов. Их создают в лаборатории из стволовых клеток, которые превращаются сразу в несколько типов специализированных клеток, образующих орган. До полноценного, настоящего органа с его настоящими размерами органоиды не вырастают – они остаются микроскопическими, и, строго говоря, они представляют собой не весь орган, а часть органа. То есть, например, кишечный органоид – это не уменьшенный кишечник, а небольшой мешочек, фрагмент кишечной стенки. Если речь идёт о мозге, то тут органоид представляет собой микрофрагмент коры – ансамбль клеток, которые образуют шесть слоёв нейронной коры полушарий. Тем не менее, органоиды чрезвычайно полезны: клетки в них формируются в трёхмерной обстановке, их со всех сторон окружают другие клетки, с которыми они обмениваются сигналами, – и это более естественная ситуация, чем когда клетки растут слоем на какой-нибудь поверхности и просто болтаются в неупорядоченной взвеси. Объёмность органоида очень сильно приближает его к настоящему органу, и во многих отношениях он и ведёт себя как настоящий орган. Органоиды есть самых разных видов: почечные, желудочные, сердечные и даже мозговые. На них можно изучать фундаментальные закономерности развития, на них можно испытывать потенциальные лекарства, и т. д., и т. п. Но любая клетка, любой орган, любой организм формируются во взаимодействии генетической информации и окружающей среды. Если мы выращиваем мозговой органоид из одной и той же генетически одинаковой культуры стволовых клеток, то можем быть уверены, что все изменения, которые будут происходить с такими органоидами, можно отнести на счёт влияния среды. Как быть, если мы хотим проверить разные гены в одинаковых внешних условиях? Ответ как будто лежит на поверхности: нужно просто вырастить столько генетически разных органоидов, сколько нужно, и растить их в одинаковой среде. Проблема в том, что даже небольшие отклонения в экспериментальной процедуре могут обернуться большими изменениями в состоянии клеток. В таких случаях нередко используют метафору с пекарями: представьте, что несколько пекарей пекут хлеб, но в рецептах у них есть свои особенности, и пользуются они разными печами, разной посудой, муку берут у разных поставщиков и т. д. Рецепт здесь аналогичен генам, всё остальное – среда. Хлеб у всех получится разный, но в чём причина различий, понять будет очень непросто. Так бывает даже с клетками, которые растут в обычной плоской культуре на поверхности лабораторной посуды. Что уж говорить про органоиды, где клетки взаимодействуют друг с другом более сложным образом и имеют разную специализацию. Проблема усугубляется, когда мы имеем дело с клетками и органами, особенно сильно прислушивающимися к внешним факторам – как мозг, например. В случае с плоскими (или 2D-) культурами клеток используют подход, когда в одной и той же посуде, в одной и той же питательной среде живут несколько колоний клеток, отличающихся друг от друга генетически. В таком виде клетки растут и размножаются, не особо мешая друг другу. В случае с органоидом можно в одном органоиде объединить несколько разногенетических стволовых клеток, но всё закончится тем, что какая-то клеточная линия, которая умеет делиться быстрее прочих, просто вытеснит всех остальных. Сотрудники Гарвардского университета обошли эту трудность, создавая мозговой органоид в два этапа. Они получали стволовые клетки от разных людей (стволовые клетки были индуцированными, то есть обычные специализированные клетки человека перепрограммировали молекулярными инструментами, чтобы они отступили в стволовое состояние) и выращивали из них несколько отдельных органоидов. Выращивали их так, чтобы они постепенно теряли абсолютную «стволовость» и становились предшественниками нервных клеток. То есть на первом этапе получались разногенетические органоиды, состоящие пока что не из готовых нервных клеток, а из их непосредственных стволовых предшественников. Дальше эти органоиды разбирали по клеткам и смешивали друг с другом. Клетки по-прежнему росли в условиях, которые благоприятствовали соединению в объёмные конгломераты. Разногенетические клетки-предшественники соединялись в такие конгломераты и продолжали путь к специализации. Ещё раз подчеркнём, что такие клетки уже не вполне стволовые, и среди них не было никого, кто мог бы энергичным делением подавить другие генетические линии. В итоге получались органоиды, нейроны которого происходили от двух, трёх, четырёх и даже пяти человек. Полученные органоиды назвали химероидами, они росли три месяца, достигали размеров 3–5 мм, и содержали все типы клеток, которые есть в коре развивающегося зародыша. В них со временем появлялись характерные розеточные структуры, что указывало на нормальное развитие (нормальное для самых начальных этапов формирования мозга). Анализ ДНК и РНК показал, что каждая такая эмбриональная клеточная розетка состоит из клеток какой-то одной генетической линии (когда все клетки в одной и той же розетке произошли от стволовых клеток, взятых у какого-то одного человека), хотя в некоторых розетках среди основных клеток обнаруживались некоторые другие, с другим генетическим портретом. Клетки разных генетических линий в одном и том же химероиде по-разному реагировали на неприятные вещества. Когда химероидам давали этанол, то в целом, если судить по активности генов, присутствие токсичного спирта чувствовали все. Но лишь клетки одной из генетических разновидностей оказались настолько чувствительны, что их в химероиде стало буквально меньше. Эти же клетки оказались чувствительнее других к вальпроевой кислоте, которая используется как противоэпилептический препарат: из-за неё они начинали особенно быстро расти. Известно, что с употреблением алкоголя во время беременности связан так называемый фетальный алкогольный синдром, а приём вальпроевой кислоты повышает риск аутистических расстройств у будущего ребёнка. С другой стороны, и то, и другое проявляется у разных людей по-разному, и какие-то зародыши оказываются более чувствительны к подобным веществам, какие-то менее – исследователи наглядно продемонстрировали это на примере разногенетических клеток в составе одних и тех же мозговых химероидов. Результаты экспериментов описаны в Nature. Brain Chimeroids reveal individual susceptibility to neurotoxic triggers Noelia Ant?n-Bola?os, Irene Faravelli, Tyler Faits Nature volume 631, pages142–149 (2024) 26 June 2024 Фундаментальная и практическая польза от подобных химероидов очевидна: они помогут лучше разобраться в генетических и внегенетических факторах, влияющих на развитие мозга; с их помощью можно будет понять не только процессы эмбрионального развития, но и то, что происходит во взрослом мозге. Опять же, химероиды наверняка попробуют сделать и для других органов – почек, кишечника, сердца и т. д. Правда, метод довольно трудоёмок, и сами исследователи пока не знают, можно ли впихнуть в один химероид больше пяти людей. С другой стороны, подобные химероиды ещё недавно сами казались фантастикой. 28 июня 2024 Автор русского текста: биолог Кирилл Стасевич, "Наука и жизнь". Источник: vk.com Комментарии: |
|