Создан искусственный аналог коры мозга

FEef2bF19p81

Ученые из Университета Тафта создали трехмерный искуственный аналог коры мозга, который был построен из белковой матрицы, населенной нейронами крысы. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, кратко о нем можно прочитать на сайте Национальных институтов здоровья (NIH) США.

На фото: нейроны образуют в коллагеновом геле связи друг с другом. Изображение: Min D. Tang-Schomer et al., PNAS, 2014

Основой искусственного мозга стала созданная из шелка пористая белковая матрица, по форме напоминающая плоский пончик. Эту матрицу населяли культурой нейронов, выделенных напрямую из мозга крыс. После того, как клетки образовывали контакты с матрицей, «пончик» заполняли коллагеновым гелем. Функция геля заключалась в том, чтобы создавать среду для роста аксонов. Как показали ученые, из белков внеклеточного матрикса лучше всего с такой задачей справляется именно коллаген, хотя сам по себе он не позволяет нейронам образовывать сложные структуры.

jTMXuxkKVtI1

Диск из коллагена, пористого шелка, пористого шелка с коллагеном. Указаны размеры «пончика» и его центрального отверстия, где образуется аналог белого вещества.Изображение: Min D. Tang-Schomer et al., PNAS, 2014

Матрица имел в центре отверстие, где нейроны не могли закрепиться – здесь присутствовал только коллагеновый гель. Аксоны некоторых нейронов формировали контакты прорастая через этот гель, в результате чего формировалась аксональная зона, до некоторой степени аналогичная «белому веществу» мозга. Боровой край (тор) «пончика», таким образом, был аналогичен серому веществу. Ученым даже удалось сделать нейрональный «пончик» многослойным, заселив его нейронами разного типа.

rh2tqE4U Ww1

Пористая структура шелковой матрицы «пончика»Изображение: Min D. Tang-Schomer et al., PNAS, 2014

По словам авторов, созданный ими «нейронный пончик» может выступать в качестве искусственного аналога в исследованиях, касающихся травмы мозга. По сравнению с животными моделями, он обладает тем преимуществом, что позволяет в реальном времени контролировать реакцию нервных клеток на стресс. В экспериментах с животными для этого требуется вскрытие, которое можно провести только один раз.

Чтобы показать практическую применимость изобретения, ученые проводили эксперименты по симуляции ушибов мозга, сбрасывая на «пончик» грузы различного веса. По словам авторов, нейроны «пончика» реагировали (на биохимическом уровне) при этом так же как, как нейроны настоящего мозга.

Данное исследование – не первое, в котором биологи пытаются создать искуственный аналог мозга. Недавно другой группе биологов удалось вырастить из стволовых клеток напоминающий мозг «органоид», который имел довольно сложную структуру. Тем не менее, пока подобные аналоги напоминают скорее усовершенствованные трехмерные варианты культуры клеток, чем самостоятельные органы.