Тема:

Стволовые клетки 17 суток назад

Японцы вырастили функционирующие структуры мозговой ткани

CALB и L7 являются клетками Пуркинье. GRID2 – маркер рецептора глутамата. LHX5 – маркер ранних клеток Пуркинье
(фото RIKEN).

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.

Развитие структурных клеток разных областей мозга (фото RIKEN).

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.

Сегодня