Проект реализовали исследователи из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка (MPIMG). Результаты работы ученых опубликованы в Nature Cell Biology.

Органоиды – модифицированные клеточные структуры, позволяющие создавать миниатюрные версии органов и тканей, таких как печень, кишечник, мозг или некоторые виды опухолей. Данные модели позволяют проводить крупномасштабные исследования в области развития, болезней и будущих методов лечения без необходимости полагаться на целостный организм. 

Нейронные органоиды можно выращивать из образцов разных типов тканей: эмбриональных стволовых клеток, индуцированных плюрипотентных стволовых клеток или зрелых клеток организма, которые были запрограммированы на обратное превращение в стадию эмбриональных стволовых клеток.

Нейронные культуры органоидов – очень разнородные. Стволовые клетки, из которых строятся эти органоиды, со временем меняют свою конфигурацию. Главной задачей ученых стало создание очень чистой культуры стволовых клеток нервной системы, которые способны создавать многослойные нейронные органоиды с правильными типами клеток в нужных местах мини-мозга. 

Эксперты использовали ингибиторы – химические препараты, которые сообщают развивающейся клетке «во что не превращаться», чтобы она в конечном итоге выбрала правильный путь. Было обнаружено, что необходимо заблокировать три разных сигнальных пути, чтобы стволовые клетки превращались в клетки коры через несколько недель. 

Ключевым моментом стало сочетание двойного ингибирования SMAD и WNT, оба из которых ранее использовались в основном по отдельности. Время и дозировка лекарств приобрели решающее значение.

Исследователям удалось последовательно генерировать кортикальные органоиды с высоким процентом точности. Им удалось воспроизвести клеточное многообразие в каждом органоиде. Также подтвердился факт, что каждый органоид способен сохранять множество различных типов клеток, при этом имея минимальное количество различий между собой, с помощью окрашивания тканей и секвенирования РНК отдельных клеток.

Авторы смоделировали различные заболевания, связанные с развитием нервной системы – например, микроцефалию.  Полученные результаты обеспечивают платформу для дальнейшего применения в фундаментальных исследованиях, фармакологических испытаниях или в клинике.