«Поскольку они могут имитировать церебральное развитие, церебральные органоиды могут использоваться в качестве замены человеческого мозга для изучения сложных онтогенетических и неврологических нарушений», – говорит автор-корреспондент Джун Такахаши, профессор Университета Киото.
Однако эти исследования являются сложными, поскольку современные церебральные органоиды не имеют желаемых поддерживающих структур, таких как кровеносные сосуды и окружающие ткани, говорит Такахаши.
Поскольку исследователи имеют ограниченные возможности для оценки нейронной активности органоидов, также было трудно всесторонне оценить функцию нейронных сетей.
«В нашем исследовании мы создали новый инструмент функционального анализа для оценки всестороннего динамического изменения сетевой активности в обнаруженном поле, которое отражало активность более 1000 ячеек», – говорит первый и соавторый автор Хидея Сакагучи, научный сотрудник Киотский университет (в настоящее время в Институте Солка). «Самое интересное в этом исследовании заключается в том, что мы смогли обнаружить динамические изменения активности ионов кальция и визуализировать комплексную активность клеток."
Для создания органоидов Такахаши, Сакагути и их команда создали клубок плюрипотентных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в различные ткани организма.
Затем они поместили клетки в чашку, наполненную культуральной средой, которая имитировала среду, необходимую для развития мозга. Используя органоиды, команда успешно визуализировала синхронизированные и несинхронизированные действия в сетях и связи между отдельными нейронами. Синхронизированная нейронная активность может лежать в основе различных функций мозга, включая память.
«Мы считаем, что наша работа открывает возможность широкой оценки нейронной активности, происходящей из клеток человека», – говорит Сакагути. По его словам, этот метод может помочь исследователям понять процессы, с помощью которых информация кодируется в мозгу через активность определенных популяций клеток, а также фундаментальные механизмы, лежащие в основе психических заболеваний.
В то время как церебральные органоиды предоставляют средства для изучения человеческого мозга, ранее высказывались этические вопросы относительно нервной функции церебральных органоидов.
«Поскольку церебральные органоиды имитируют процесс развития, беспокойство заключается в том, что у них также есть умственная деятельность, такая как сознание в будущем», – говорит Сакагути. "Некоторые люди сослались на знаменитый мысленный эксперимент« мозги в чане », предложенный Хилари Патнэм, согласно которому мозг, помещенный в чан с поддерживающей жизнь жидкостью с подключением к компьютеру, может иметь такое же сознание, как и люди."
Однако Такахаши и Сакагути считают, что церебральные органоиды вряд ли разовьют сознание, потому что им не хватает информации из окружающей среды.
«Сознание требует субъективного опыта, а церебральные органоиды без сенсорных тканей не будут иметь сенсорных входов и моторных выходов», – говорит Сакагути. "Однако, если церебральные органоиды с системой ввода и вывода разовьют сознание, требующее морального рассмотрения, фундаментальные и прикладные исследования этих церебральных органоидов станут огромной этической проблемой."
По словам Такахаши, в будущем прикладные исследования органоидов, вероятно, будут посвящены трем основным направлениям – открытие лекарств, моделирование нервно-психических расстройств и регенеративная медицина.
«Церебральные органоиды могут принести большие успехи фармакологическим компаниям, заменив традиционные модели на животных, а также могут быть использованы для моделирования неизлечимых нервных заболеваний», – говорит он. «Используя наш метод, можно будет анализировать паттерны клеточной активности в функциях мозга для дальнейшего изучения этих областей."