Поломка гена в первые три месяца развития эмбриона приводит к умственной отсталости. Найти причину этой поломки сибирские ученые пытаются с помощью экспериментов на настоящем, только очень маленьком мозге.
Специалисты Томского НИИ медицинской генетики обнаружили новый ген-кандидат, связанный с умственной отсталостью и нарушением развития головного мозга. Это выпадение кусочка из генетической последовательности, кодирующей белок контактин 6 (CNTN6), участвующий в формировании отростков нервных клеток (благодаря которым они связываются между собой).
Далее, уже совместно с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН, они предположили, что привести к отсталости может проблема с геном в первые месяцы беременности.
Чтобы понять, так ли это нужно было изучить мозг нерожденного ребенка, но это невозможно. Сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Татьяна Шнайдер нашла выход: вспомнила о работах зарубежных коллег по выращиванию 3D-органоидов — трехмерных тканей-аналогов частей органов человека. Почки, сердце, легкие уже смогли воссоздать в таком варианте.
Теперь в Институте цитологии и генетики СО РАН смогли воссоздать и кору головного мозга.
Как получают мини-мозг
Мозг с точки зрения искусственного выращивания оказался на порядок сложнее других органов. Он состоит из нескольких отделов, никому в мире еще не удавалось воссоздать его полностью. Исследователи делают отдельные органоиды мозжечка, гиппокампа. Институту цитологии и генетики нужно было вырастить кору головного мозга. Именно там «хозяйничает» изучаемый ген. На создание нужных условий ушло несколько месяцев.
Как строительный материал для будущего мозга используют кожу. Ее берут у пациентов с нарушениями умственного развития и здоровых людей, чтобы сравнить образцы. Клеткам кожи «стирают» память, чтобы они могли стать сердцем, мозгом, печенью и так далее, для того чтобы клетки выбрали верный путь, ученые их направляют с помощью химических веществ.
Созданный таким образом мини-мозг служит моделью для изучения мозга эмбриона до третьего месяца его развития в утробе.
Живут мини-мозги около трех месяцев, потому что у них нет сосудов, которые доставляют внутрь питательные вещества и кислород. Затем ученые могут вырастить новую партию.
О чем думает искусственный мозг
Шнайдер уверена, что мини-мозги, которые позволяют заглянуть в первые три месяца эмбрионального развития, пригодятся и для других исследований. Иностранные коллеги изучают на таких моделях формирование шизофрении и болезнь Альцгеймера, механизм действия вируса Зика на плод.
Но в обывательской среде бытует немало мифов. Например, в интернете появилась информация о том, что в СО РАН выращивают мозги для элиты.
«Многие спрашивают, можно ли выращивать куски, чтобы апгрейдить головной мозг. Мы еще не так много о нем (о мозге) знаем, чтобы утверждать, что можем вырастить часть и она будет функциональной. Но, наверное, полезней было бы выращивать мозговые «заплатки» на случай травмы головного мозга или болезни. Хотя подобные заплатки пытались делать мышам, и такие структуры плохо встраивались в мозг, плохо подключались к нейронной сети», — прокомментировала собеседница.
Зарубежные ученые выявили схожесть энцефалограммы мини-мозгов и мозга недоношенных детей. После этого возникли слухи, что мини-мозг может мыслить или чувствовать боль, а значит его исследования нарушают этику. Но ученые опровергают это — они выращивают только кору мозга, а не весь орган в целом, да и клетки не полностью идентичны по функциональности реальным.
Аборты или «лечение» генов?
Шнайдер показывает несколько шариков в пробирке. Именно эти маленькие органоиды позволили ученым получить предварительные результаты: выяснить, что нарушения возникают в первом триместре, и установить, что это происходит в клетках, из которых формируется головной мозг плода.
Визуально отличия можно заметить на снимках с микроскопа: мини-мозг из клеток здорового человека больше, чем мозг из клеток умственно отсталого. Ученые считают, что из-за поломки гена к клеткам мозга поступает мало белка контактина-6, и это приводит к их уменьшению и замедленному развитию.
Теперь исследователям нужно выявить весь механизм поломки и объяснить — почему она приводит именно к таким последствиям. В будущем это позволит вовремя проводить диагностику отсталости у ребенка в утробе матери. Например, анализ может проводиться вместе с другими скринингами первого триместра, которые определяют патологии плода на раннем сроке, когда допускается стандартный аборт.
«Лечить такие заболевания на уровне зародыша практически невозможно. Отредактировать гены при подобных заболеваниях можно только на этапе зиготы (возникает при оплодотворении). Когда родители знают, что они являются носителями заболевания, поломанные гены в зародыше могли бы «починить». Но это перспектива не ближайших лет», — сказала биолог.
