Насколько близки к реальности органоиды мозга и какие молекулярные механизмы лежат в основе замечательной способности тканей к самоорганизации? Исследователям уже удалось вырастить так называемые "церебральные органоиды" в тарелке – скопления клеток, которые самоорганизуются в небольшие мозговидные структуры. Юрген Кноблих и его коллеги дополнительно охарактеризовали эти органоиды и сегодня публикуют их результаты в журнале EMBO Journal. Они демонстрируют, что, как и в человеческом мозге, так называемые центры организации переднего мозга управляют процессами развития в органоиде, и что органоиды повторяют синхронизацию событий дифференцировки нейронов, обнаруживаемых в человеческом мозге.
Развитие человеческого мозга от нескольких клеток до думающего органа – одна из величайших загадок биологии. В последнее десятилетие Кноблих и его команда из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук первыми разработали технологию органоидов мозга для исследования этого интригующего процесса. Понимание нормального развития органоидов является предпосылкой для использования этой мощной системы для изучения возможности моделирования заболеваний, связанных с развитием человека.
Неокортекс – это часть мозга млекопитающих, участвующая в когнитивных функциях более высокого порядка. Он значительно расширился в ходе эволюции млекопитающих и очень сложен у людей. Построение такой сложной системы зависит от точной координации различных процессов развития – деления клеток-предшественников и создания различных типов клеток в нужное время и в нужном месте. Так называемые центры организации переднего мозга играют ключевую роль в организации развития неокортекса. Организационные центры выделяют факторы, которые действуют на большом расстоянии, чтобы побудить соседнюю ткань дать начало определенным типам клеток. При нормальном развитии мозга организующий центр, называемый кортикальным рубцом, находится прямо под макушкой головы, в то время как антигем отмечает противоположную сторону коры и расположен в правой и левой частях мозга. Исследователи обнаружили, что оба этих организующих центра присутствуют в органоидах.
Когда мозг растет, новые клетки добавляются в точном порядке. Клетки, сформированные ранее, будут дифференцироваться в нейроны внутренних слоев коры, в то время как клетки, рожденные позже, мигрируют дальше наружу, а глиальные клетки – ненейральные клетки мозга – добавляются ближе к концу. Наконец, нервные клетки вырастают длинными выступами и соединяются друг с другом, образуя сложную сеть. Эти процессы также имитируются в органоидах мозга, что подчеркивает ценность органоидов в исследовании широкого спектра процессов развития мозга.
В последние годы Кноблих и его команда уже расширили свои исследования органоидов в сторону их выращивания из клеток пациентов, чтобы исследовать клеточную основу нарушений развития. Однако для того, чтобы интерпретировать аберрации в органоидной модели болезни развития, необходимо доскональное знание нормального развития органоидов. Подробное описание развития органоидов в текущем исследовании лаборатории Кноблиха является важным шагом в этом направлении.