Воссоздание болевого пути в мозге

Ученые воссоздали болевой путь в мозге, вырастив в чашке Петри четыре ключевых кластера человеческих нервных клеток. Эта лабораторная модель может быть использована для объяснения определенных болевых синдромов и предложить новый способ тестирования потенциальных анальгетиков, сообщает команда из Стэнфорда в журнале Nature.

По словам доктора Стивена Ваксмана, профессора Йельской медицинской школы, не участвовавшего в исследовании, это «захватывающе». В настоящее время перспективные обезболивающие препараты обычно тестируются на животных, чьи реакции часто отличаются от человеческих, и на отдельных нервных клетках, которые могут не отражать поведение целых мозговых сетей.

С этой новой системой, известной как «мозг в сборке», «у нас есть миниатюрная нервная система, которая может быть очень полезной платформой», — говорит Ваксман.

Модель является результатом усилий по воссозданию сигнальной цепи, которая возникает после воздействия болевых раздражителей, говорит доктор Серджиу Пашка, профессор Стэнфордского университета, руководивший проектом. Коснитесь горячей плиты, например, и специальные клетки в коже «отправят эту информацию в спинной мозг», — говорит Пашка. «Затем спинной мозг передаст ее в таламус глубоко в мозге, а затем во внешний слой мозга, кору головного мозга».

Чтобы приблизить этот путь в лаборатории, команда Пашки создала четыре разных мозговых органоида — сферические скопления человеческих нервных клеток, которые растут в чашке Петри. Команда убедила каждый органоид напоминать определенный тип ткани мозга или спинного мозга, обнаруженный вдоль болевого пути.

«А потом мы соединили их вместе, действительно сблизили и наблюдали, как они соединяются друг с другом», — говорит Пашка.

После более чем шести месяцев развития в лаборатории полученный асемблоид создал путь, соединяющий четыре органоида. Нервные клетки также спонтанно начали «работать скоординированно во всех четырех частях этого асемблоида», — говорит Пашка.

Чтобы протестировать модель, команда подвергла ее воздействию капсаицина, химического вещества, которое делает перец чили болезненно острым.

«Тогда вы начинаете видеть, как эта информация перемещается», — говорит Пашка. «Нейроны, которые чувствуют эти сигналы, активируются и передают эту информацию на следующую станцию ​​и на следующую станцию, вплоть до коры головного мозга».

Затем ученые попытались создать асемблоиды, используя клетки с генетическими вариантами, связанными с аномальным восприятием боли.

Один из этих вариантов вызывает редкое заболевание, называемое эритромелалгией, или синдромом горящего человека.

«Эти люди чувствуют жгучую, обжигающую, ошпаривающую боль в ответ на легкое тепло», — говорит Ваксман.

Ученые обнаружили, что асемблоиды с генным вариантом производят гораздо больше спонтанной коммуникации между органоидами, что указывает на повышенную чувствительность к боли.

По словам доктора Го-ли Мин, профессора Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании, результаты, подобные этим, показывают, что органоиды уже являются полезным способом изучения как заболеваний нервной системы, так и путей, на которые они влияют. Доктор Мин также не принимала участия в новом исследовании.

Мин добавляет, что, несмотря на всю свою сложность, болевой путь в чашке Петри является сильно упрощенной версией того, что происходит в человеке. Например, у людей есть два основных пути, которые передают болевые сигналы в мозг, а модельная система включает в себя только один.

В результате модель может обнаруживать болезненный стимул, но не вызывает эмоциональной реакции, говорит Паска.

«Поэтому мы не верим, что этот путь, который мы построили, каким-либо образом чувствует боль», — говорит он.

И эти кластеры человеческих клеток, вероятно, станут еще более ценными, поскольку ученые найдут способы воссоздать более крупные и сложные части нервной системы.

Например, собственная лаборатория Мин разработала модель человеческой нервной трубки, структуры в эмбрионе, которая в конечном итоге превращается в мозг и спинной мозг ребенка. Ее цель — понять, как неврологические расстройства развиваются на ранних этапах жизни.