Исследователи из Стэнфордского университета провели необычный эксперимент: человеческую мозговую ткань, выращенную из стволовых клеток, пересадили мышам с особым строением мозга. В результате человеческий нейронный органоид не просто прижился, а встроился в нервную систему животных, установил связи с их мозгом и спинным мозгом и продемонстрировал электрическую активность во время бодрствования мышей.
Эксперимент открывает новые возможности для изучения развития человеческого мозга и неврологических заболеваний. Но одновременно он поднимает сложный этический вопрос: насколько далеко можно заходить в создании животных с человеческой нервной тканью?
Зачем ученым понадобился «гибридный» мозг
За последние годы ученые научились выращивать из человеческих стволовых клеток органоиды — небольшие трехмерные структуры, которые частично воспроизводят свойства настоящих органов. Существуют, например, органоиды мозга, печени и других тканей.
Для науки это чрезвычайно полезный инструмент. Такие модели позволяют наблюдать за развитием тканей, изучать механизмы заболеваний и проверять потенциальные лекарства.
Однако у органоида есть фундаментальное ограничение: даже самый сложный искусственно выращенный фрагмент мозга остается лишь небольшим участком ткани. Он не существует внутри полноценного организма и поэтому не испытывает всех воздействий, которые постоянно происходят в живой нервной системе.
Пересадка органоида лабораторному животному позволяет частично решить эту проблему. Но возникает другая: мозг животного развивается по своим законам и может просто не дать человеческой ткани достаточно пространства для полноценного роста.
Как создали гибридный мозг
Исследователи решили эту проблему с помощью генетически измененных мышей. У животных сформировался так называемый апаллический мозг — в нем отсутствовали структуры, необходимые для развития гиппокампа и наружных слоев мозга.
Это создавало своеобразное «свободное место», куда можно было пересадить человеческий кортикальный органоид — трехмерный фрагмент ткани, соответствующий коре головного мозга.
После трансплантации человеческая ткань продолжила развиваться внутри мозга мыши. Более того, она начала формировать связи с окружающей нервной системой.
По оценке исследователей, со временем человеческий трансплантат составлял около 92% кортикальной ткани мозга экспериментальных животных.
И это принципиальное отличие нового эксперимента от простого выращивания органоида в лабораторной чашке. Здесь человеческая нервная ткань оказалась частью живого организма и получила возможность взаимодействовать с его нервной системой.
Человеческие нейроны действительно подключились к мозгу мыши
Ученые использовали флуоресцентную маркировку и измерения электрической активности, чтобы проследить за поведением пересаженной ткани.
Результаты показали, что человеческий органоид и мозг мыши действительно обменивались сигналами. Нейронные отростки человеческой ткани распространились в нервную систему животного, включая связи с головным и спинным мозгом.
Более того, трансплантат оставался электрически активным, когда мыши бодрствовали. Поведенческие эксперименты также выявили изменения в движениях конечностей животных, что указывает на функциональное влияние пересаженной ткани на двигательную активность.
Именно здесь эксперимент становится особенно интересным. Речь уже идет не просто о выживании человеческих клеток внутри животного. Они смогли встроиться в работающую нервную систему и участвовать в ее функционировании.
Что это даст медицине
Главная ценность технологии заключается не в создании необычных лабораторных животных как таковых. Ученых интересует возможность получить более реалистичную модель человеческого мозга.
Такая система потенциально позволит лучше изучать, как развивается человеческая нервная ткань и что происходит с ней при заболеваниях. Кроме того, подобные модели могут помочь исследовать индивидуальные особенности пациентов и создавать более персонализированные методы лечения.
В перспективе ученые рассчитывают использовать подобные технологии для разработки способов восстановления поврежденной мозговой ткани и лечения неврологических заболеваний. Еще одно потенциальное применение — диагностика патологических изменений на очень ранних стадиях, еще до появления выраженных симптомов.
Брайс Виссел (Bryce Vissel), директор Центра нейронауки и регенеративной медицины больницы Святого Винсента в Сиднее, который не участвовал в исследовании, отметил потенциальную возможность использовать подобный подход для создания индивидуализированных методов лечения и в будущем — для восстановления пораженного мозга.
Где проходит этическая граница?
Однако именно успех эксперимента создает его главную проблему.
Если человеческие клетки просто выращиваются в лабораторной чашке, вопрос о возможных когнитивных свойствах практически не возникает. Но если человеческая нервная ткань становится функциональной частью мозга животного, ситуация меняется.
Брайс Виссел считает принципиально важным выяснить, может ли человеческий трансплантат причинно влиять на восприятие, обучение или поведение животного. Если такая связь будет доказана, возникнет уже не только научный, но и серьезный этический вопрос о природе созданной нервной системы.
Похожую обеспокоенность выразил Адель Рази (Adeel Razi), специалист по вычислительной нейронауке из Университета Монаша. По его мнению, этические риски будут возрастать по мере того, как такие трансплантаты станут крупнее, сложнее и теснее интегрируются с нервной системой животных.
При этом Рази предлагает смотреть на эксперимент несколько иначе. Важен не столько вопрос о том, стал ли мозг мыши «человеческим», сколько то, что происходит с человеческими нейронами, когда они развиваются и обучаются внутри совершенно другой нервной системы.
Почему следующий шаг потребует осторожности
Авторы исследования подчеркивают, что эксперимент проводился в соответствии с действующими этическими нормами и предусмотренными мерами безопасности. При этом сами ученые признают: дальнейшее повышение степени «очеловечивания» мозга животных потребует заранее разработанных этических правил.
И это важная оговорка. Современная технология пока не создает «мышей с человеческим сознанием» — подобные формулировки были бы сильным преувеличением результатов. Исследование показывает гораздо более конкретную вещь: человеческая кортикальная ткань способна развиваться внутри специально подготовленного мозга мыши, формировать с ним нервные связи и влиять на работу организма.
Тем самым ученые получили новый инструмент для исследования человеческой нервной системы. Но одновременно они приблизились к области, где научный прогресс уже невозможно обсуждать отдельно от биоэтики.
Возможно, главный результат этого эксперимента заключается именно в этом двойном эффекте. Чем точнее ученые научатся воспроизводить человеческий мозг в живой системе, тем больше возможностей появится для лечения заболеваний — и тем внимательнее придется решать вопрос о границах подобных исследований.
