Органоиды головного мозга, как известно, представлены в виде мини головного мозга как крошечные клубочки из клеток головного мозга, растущие из стволовых клеток, которых исследователи используют для изучения аутизма и др. нейрологических заболеваний. Но органоиды обычно растут в культуре в течение нескольких мес., затем они погибают ограничивая из пригодность в качестве модели реального головного мозга. Трансплантации трехмерных клубочков ткани головного мозга человека в головной мозг мыши позволяет органоиду развиваться более длительно, вокруг них развиваются поддерживающие жизнь кровеносные сосуды, а также образуются новые нейрональные соединения. Однажды трансплантации органоидов будут использованы для лечения травматических повреждений головного мозга или инсультов.

"Хотя органоиды и предоставляют исследователям большие преимущества, они не безупречны. Они лишены кровеносных сосудов, иммунных клеток и функциональных соединений с др. областями нервной системы," отмечает Jurgen Knoblich. "Целью трансплантационных экспериментов - показать, что интеграция с др. тканями возможна."

Исследователь Fred "Rusty" Gage, из Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, California, с колл. впервые начали думать об функциональных органоидах головного мозга несколько лет тому назад. Большинство клеток в центре 3-D клубочка из ткани погибает. "Эти клетки не получают кровоснабжение и питательные вещества, необходимые для жизнеспособности."

Gage предположил, что каждый органоид головного мозга человека, помещенный в головной мозг мыши, будет попадать в крошечную полость. И он оказался прав.

Команда Gage's использовала плюрипотентные стволовые клетки человека для получения органоидов головного мозга, которые росли в культуре 40 - 50 дней. Затем исследователи вводили органоиды в полости, проделанные в retrosplenial коре мыши - области. критической для перемещения и пространственного обучения. Мыши имели "humanized" иммунную систему, говорит Gage, это означает, что их иммунные клетки были преобразованы так, чтобы они не атаковали ткани человека. Спустя 5 после трансплантации были обнаружены кровеносные сосуды в органоидах с использованием флуоресцентной краски, а на 14 день обширная кровеносная сеть врастала вглубь тканевого трансплантата. Уровни определенных маркеров в органоидах, таких как NeuN+ и PSD95, также показывали, что человечески клетк нейральных предшественников созревают в нейроны и формируют синапсы, соединяясь др. с др. На 90 день после трансплантации, ученые обнаружили аксоны, исходящие из трансплантата в головной мозг мыши.

Бвло также показано, что нейроны в органоидах не обнаруживали разбросанные возбуждения с изолированной активностью, как в культуре органоидов головного мозга, а обнаруживали синхронизованные паттерны, указывая на возникновение активной нейрональной сети. Кроме того, было показано, что нейроны органооидов интегрируются синаптические системы (circuits) в головном мозге мышей.

"Окончательный тест функциональности органоида показал, что он может интегрировать с хозяином ," заявил Clevers, который не участвовал в исследовании, а др. показали подобную функциональность "относительно простых органоидов," таких как кишечный эпителий, печень или ткань поджелудочной железы. Но мини головной мозг "является наиболее сложной структурой, которая может расти как органоид." Gage и его коллеги "предоставили доказательства, что кровеносные сосуды и нейрональные соединения активно создаются между трансплантированным 'mini-brain' и головным мозгом мыши," добавляет он. "Наблюдаются очень высокие уровни самоорганизации."

Такая организация объясняет, почему исследователи стремятся изучать органоиды, особенно головного мозга in vivo. "Функция головного мозга возникает не сразу после взаимодействий между индивидуальными нейронами, а также в результате комбинированной активности групп нейронов, организованных в специфические структуры," говорит Isaac Chen из University of Pennsylvania, который не участвовал в исследовании. "В культуре клеток такая структура не существует и поэтому присутствуют прирожденные ограничения, какого типа эксперименты могут быть осуществлены и какие заключения можно будет сделать." Исследования головного мозга у модельных организмов показали исследователям, как возникает активность головного мозга от групп нейронов и как разные5 группуы нейронов взаимодействуют др. с др. Но значительные раззличия между видами ограничивают обобщения результатов относительно головного мозга человека.

Способные к имплантациям органоиды головного мозга могут поз0волить исследователям понять больше о нормальном развитии головного мозга человека со временем. Органоиды, происходящие от пациентов со специфическими болезнями, позволят создавать более аккуратные модели этих болезней. А существование работающих методов трансплантации могут позволить поянять преимущесства и ограничения использования органоидов головного мозга для заместительной тканевой терапии при травматических повреждениях головного мозга, инсультах и др. нейрологических болезнях.