Исследователи из Стэнфордской медицины вырастили в лаборатории функциональные двигательные нейроны заднего мозга человека. Это стало возможным благодаря обнаружению разделения в раннем развитии мозга, которое начинается ещё на стадии формирования эмбриона. Полученные клетки генерируют потенциалы действия — электрические сигналы, с помощью которых нервные клетки общаются между собой. Кроме того, они производят белки, характерные для областей заднего мозга, отвечающих за работу мышц лица и глотания.
Задний мозг, расположенный в задней части головы, контролирует дыхание и глотание. Долгое время учёные не могли выращивать его нейроны в лабораторных условиях, что лишало их важного инструмента для изучения заболеваний, постепенно отнимающих эти способности. Работа под руководством Стэнфордской медицины показала, что для создания таких клеток нужна иная отправная точка, чем та, из которой формируются другие крупные отделы мозга.
Команда начала с плюрипотентных стволовых клеток человека, способных превращаться в любой тип клеток организма, и направила их по новому обнаруженному пути развития. Изучая развивающиеся эмбрионы мышей, исследователи выявили две отдельные популяции клеток-предшественников мозга. Клетки с геном Otx2 впоследствии формировали передний и средний мозг, а клетки с геном Gbx2 были предназначены для создания заднего мозга. Эти популяции не пересекались даже на самых ранних стадиях, которые изучала команда.
«Мы впервые показали, что передняя часть мозга происходит от совершенно иного предшественника, чем задняя», — заявил Кайл Ло, доктор философии, доцент кафедры биологии развития и старший автор исследования. «Наше открытие означает, что теперь мы можем выращивать нейроны задней части мозга, заднего мозга, в чашке Петри и изучать их функции», — добавил он. Различие также проявилось в хроматине — упаковке, которая делает одни участки ДНК доступными, а другие скрытыми, влияя на то, каким может стать клетка.
Доступ к этим клеткам может помочь в изучении спинальной мышечной атрофии (СМА) и бокового амиотрофического склероза (БАС). Учёные не могут получать ткань ствола мозга от живых пациентов, а сложность выращивания нейронов заднего мозга серьёзно ограничивала их возможности. При обоих заболеваниях определённые нейроны заднего мозга постепенно перестают работать: пациенты теряют способность глотать, что позволяет пище или жидкости попадать в лёгкие и вызывать пневмонию, а со временем утрачивают и способность дышать.
«Теперь у нас есть модель для лучшего понимания этих разрушительных заболеваний и работы над восстановительными методами терапии для них», — сказал Райян Джохай, аспирант Стэнфорда и один из первых авторов исследования. «Это очень захватывающий новый рубеж в исследовании мозга», — отметил он. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, также поднимают вопрос об эволюционной истории мозга: если его передняя и задняя части развиваются отдельно, не могли ли они изначально возникнуть как две разные нервные системы.