Исследователи из японского центра биологии развития при Институте RIKEN заставили человеческие эмбриональные стволовые клетки самоорганизоваться в трёхмерные структуры, подобные мозжечку. Это достижение может стать шагом на пути воссоздания отдельных структур мозга в лабораторных условиях.
Одна из основных целей исследователей стволовых клеток ― начать заменять повреждённые участки тела тканями, выращенными из недифференцированных (не определившихся с функциями) стволовых клеток. В случае нервной системы подобная задача особенно трудновыполнима: определённые нейроны уже должны быть сформированы, а соединить их друг с другом необходимо весьма специфическим образом.
Исследователи из RIKEN справились с этой задачей, последовательно используя несколько сигнальных молекул для создания трёхмерных культур человеческих эмбриональных клеток.
Благодаря этому клетки дифференцировались в функционирующие нейроны мозжечка, а затем самоорганизовались, сформировав правильный вентральный рисунок и многослойную структуру как в настоящем мозжечке.
Основываясь на выводах прежних работ, исследователи установили, что при определённых условиях культивирование человеческих эмбриональных стволовых клеток с фактором роста фибробластов 2 (FGF2) приводит к дифференциации на нейроны среднего и ромбовидного отделов головного мозга в течение трёх недель.
Через пять недель эти клетки превращались в более специализированные нейроны мозжечка. Некоторые клетки становились клетками Пуркинье.
Затем исследователи нашли способ создания зрелых нейронов мозжечка. Они обнаружили, что клетки, обработанные FGF2, продемонстрировали маркеры зрелых клеток Пуркинье и развитые структуры, характерные для этих клеток. Электрофизиологические параметры клеток (спустя 15 недель культивирования) продемонстрировали учёным реакции, соответствующие сигналам нормального мозжечка.
Взаимодействие таких нейронов имеет решающее значение для развития мозжечка. В начале развития специфические типы клеток распределяются неравномерно сверху вниз, создавая разделение на спинную и вентральную части.
Исследователи протестировали несколько факторов роста и обнаружили, что добавление фактора роста фибробластов 18 на 14-ый день приводит к тому, что на 35-й день формирования образуется плоский овальный нейроэпителий. При добавлении факторов роста 1 между 28-м и 35-м днём генерируется цельная нейроэпителиальная полярная структура.
Фактор роста 1 также индуцирует два других важных структурных изменения. Спинная область стихийно формирует три слоя вдоль спинно-вентральной оси – вентикулярную зону, зону зарождающихся клеток Пуркинье и зону ромбической части.
"Принципы самоорганизации, которые мы продемонстрировали в нашей работе, важны для развития биологии в будущем, – считает ведущий автор работы Кейко Мугурума (Keiko Muguruma). — Попытки создания мозжечка с помощью человеческих эмбриональных стволовых клеток уже увенчались определённым успехом. С помощью создаваемых структур мы сможем моделировать заболевания мозжечка, например, спиноцеребеллярную атаксию".
Научная статья японцев была опубликована в издании Cell Reports.
