Zinātnieki ar vienkāršu metodi izaudzē tūkstošiem mini cilvēku smadzeņu
Gandrīz desmit gadus Stenfordas smadzeņu organoģenēzes programma ir mainījusi to, kā zinātnieki pēta cilvēka smadzenes. Tā vietā, lai paļautos uz neskartiem cilvēku vai dzīvnieku smadzeņu audiem, programmas pētnieki laboratorijā, izmantojot cilmes šūnas, audzē trīsdimensiju smadzenēm līdzīgas struktūras, vēsta “Science Daily”.
Programma, kas tika uzsākta 2018. gadā kā daļa no Stenfordas Vu Cai Neirozinātņu institūta iniciatīvas “Lielās idejas neirozinātnē”, apvieno neirozinātnes, ķīmijas, inženierzinātņu un citu disciplīnu ekspertus. Kopā viņi pēta ar sāpēm saistītās neironu ķēdes, ar neiroloģiskās attīstības traucējumiem saistītos gēnus un jaunas metodes smadzeņu izpētei.
Visas programmas gaitā pastāv viena problēma: ražošanas palielināšana. Lai dziļi izprastu smadzeņu attīstību, pētītu attīstības traucējumus vai pārbaudītu potenciālās terapijas, pētniekiem ir jāražo tūkstošiem organoīdu, kas ir vienāda izmēra un formas. Tomēr šīs delikātās struktūras mēdz salipt kopā, apgrūtinot lielu, vienādu partiju audzēšanu.
Tomēr nesen, pavisam negaidīti, zinātnieku komanda atrada vienkāršu risinājumu. Kā ziņots, galvenais faktors organoīdu salipšanas novēršanai bija ksantāna sveķi - plaši izmantota pārtikas piedeva.
"Mēs tagad varam viegli izgatavot 10 000 gabalus," sacīja Sergiu Paska, Stenfordas smadzeņu organoģenēzes programmas direktors. Ievērojot apņemšanos padarīt savas metodes plaši pieejamas, zinātnieki jau ir dalījušies ar savu pieeju, lai arī citi varētu to izmantot.
Šāds produktivitātes līmenis kādreiz bija neiedomājams. Apmēram pirms divpadsmit gadiem Paska tikko bija izstrādājis veidu, kā cilmes šūnas pārvērst trīsdimensiju audos, kas vēlāk tiks pazīstami kā reģionalizēti neironu organoīdi. Tobrīd viņš varēja izgatavot tikai dažus.
Taču mērķis bija daudz lielāks: atklāt, kā smadzeņu attīstība var noiet greizi un radīt tādu stāvokli kā autisms vai Timotija sindroms, un izpētīt, kā zāles varētu ietekmēt šo attīstību. "Mums bija jāražo tūkstošiem organoīdu, un tiem visiem jābūt vienādiem," viņaš teica.
Drīz pēc tam parādījās lipīguma problēma. Organoīdi saplūda kopā, kā rezultātā samazinājās dažādu formu un izmēru organoīdu skaits. "Cilvēki laboratorijā pastāvīgi teica: "Es gatavoju simts organoīdu, bet beigās sanāca divdesmit," sacīja Paska.
Tā bija gan svētība, gan lāsts. No vienas puses, tas lika domāt, ka pētnieki varētu salīmēt kopā divu veidu organoīdus, lai pētītu sarežģītāku smadzeņu struktūru attīstību. No otras puses, komandai joprojām bija jāspēj radīt lielu skaitu organoīdu, lai viņi varētu apkopot precīzus datus par smadzeņu attīstību, pārbaudīt zāles augšanas defektu noteikšanai vai veikt jebkuru citu projektu plašā mērogā.
Komanda galu galā aplūkoja 23 dažādus materiālus un visefektīvākie izrādījās ksantāna sveķi. Pat nelielā daudzumā tie neļāva organoīdiem saplūst kopā, un tas notika bez jebkādām blakusparādībām uz organoīdu attīstību.
Šis eksperiments parāda, ka pētnieki tagad var izdarīt atklājumus ļoti efektīvi, sacīja Paska: "Viens eksperimentētājs pats saražoja tūkstošiem kortikālo organoīdu un testēja gandrīz 300 zāles."
Paska un viņa kolēģi no Stenfordas smadzeņu organoģenēzes programmas tagad cer izmantot savu metodi, lai panāktu progresu vairāku neiropsihiatrisku traucējumu, piemēram, autisma, epilepsijas un šizofrēnijas, ārstēšanā. "Šo slimību apkarošana ir patiešām svarīga, taču, ja vien netiks palielināta to pētniecību, nav iespējams panākt nekādu uzlabojumu," sacīja Paska. "Tas ir pašreizējais mērķis."
