«Мы знаем, что растущие аксоны образуют пучки, но мы не знаем, как образуются пучки», – говорит Ёсихо Икеучи, преподаватель Института промышленных наук Токийского университета и старший автор исследования.
Многие ученые изучали развитие и дегенерацию аксонов в двумерных (2D) системах.
Однако становится все более очевидным, что трехмерная структура пучка играет важную роль в функции аксона. Поскольку пучки повреждаются при многих нейродегенеративных заболеваниях, таких как БАС, исследовательская группа предположила, что понимание их образования может дать ключи к предотвращению ряда заболеваний.
Чтобы сформировать пучки аксонов, исследовательские группы изготовили микроустройство, в которое были введены человеческие нейроны, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Что позволило сформировать пучки, так это подготовка нервных сфероидов и канал, достаточно узкий, чтобы выровнять аксоны, что позволило им связываться друг с другом.
Сфероиды помещались внутрь камеры устройства. Аксоны выросли из этих сфероидов, причем некоторые из них попали в микроканал.
После этого входа спонтанно последуют другие аксоны, что приведет к образованию пучков, которые проявляют свойства, соответствующие тем, которые наблюдаются в мозге. Какая молекулярная сигнализация вызвала спонтанное проникновение, остается невыясненным, но пучки были обнаружены более чем в 90% экспериментов, что убедило исследователей в ценности конструкции микропроцессора.
«Устройство дает нам возможность исследовать, какие факторы ответственны за сборку пучка», – говорит Икеучи.
Соответственно, они моделировали нейродегенеративные состояния, вводя в каналы перекись, и пучки реагировали морфологическими изменениями.
Эти результаты и относительная простота экспериментов предполагают, что микропроцессор будет применим для тестирования экспериментальных лекарственных соединений, которые предотвращают дегенерацию пучков, вызванную болезнью.