Сознание в пробирке: крошечные сгустки нейронов могут изменить законы медицины — это только начало

Человеческий мозг — одна из самых загадочных и сложных структур в природе. Несмотря на колоссальные достижения науки, его полное понимание остаётся пока недостижимым. Чтобы приблизиться к разгадке, учёные выращивают в лабораториях особые структуры — церебральные органоиды, или, как их чаще называют в СМИ, «мини-мозги».

Эти миниатюрные модели человеческого мозга уже успели зарекомендовать себя как мощный инструмент, способный изменить подход к изучению мозга, лечению заболеваний и даже созданию новых технологий.

Как создаются органоиды мозга

Исходным материалом служат стволовые клетки — незрелые клетки, способные превращаться в любые другие типы клеток. Хотя изредка используются эмбриональные клетки, в основном берут клетки кожи доноров, которые затем «откатывают» до исходного состояния при помощи химических веществ. Так получаются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.

Далее эти клетки помещаются в специальную белковую матрицу, которая служит питательной средой. Чтобы направить их развитие в нужную сторону, в нужный момент добавляют молекулы роста. Постепенно органоиды усложняются, в них появляются разные типы клеток и формируются структуры, напоминающие отдельные участки мозга.

Важно понимать, что несмотря на название, «мини-мозги» — это не маленькие копии человеческого мозга. Это скорее шарообразные ткани, которые имитируют определённые аспекты работы мозга.

Зачем нужны «мини-мозги»

У этих органоидов есть множество применений, и первое — это изучение раннего развития человека. Так, немецкая исследовательская группа вырастила органоиды, которые спонтанно сформировали зрительные чашки — зачатки глаза, где зрительный нерв соединяется с сетчаткой. Это может помочь в понимании взаимодействия мозга и глаза у эмбрионов, а также в разработке методов лечения врождённых болезней сетчатки.

Другие учёные создали мини-мозги, которые генерируют мозговые волны, аналогичные тем, что наблюдаются у недоношенных младенцев. Ещё одна группа использовала органоиды, чтобы выяснить, как вальпроевая кислота — препарат от эпилепсии и биполярного расстройства — может нарушать развитие плода, если применяется во время беременности.

Органоиды также становятся полезным инструментом для изучения заболеваний взрослого мозга — от инфекций до нейродегенеративных нарушений, включая болезнь Альцгеймера. Благодаря этому они могут заменить эксперименты на животных или в чашках Петри.

Возможности за пределами медицины

Применение «мини-мозгов» не ограничивается медициной. Они уже помогают учёным изучать эволюцию человека. Например, с их помощью сравнивали развитие мозга современного человека, неандертальца и обезьян.

Но самое интригующее — это попытки соединить органоиды с компьютерными системами. В одном эксперименте синтетический мини-мозг из человеческих нейронов научили играть в культовую видеоигру «Понг», подключив его к электродной решётке, управляемой ИИ. Такой подход может открыть дорогу к новому типу вычислительных систем, использующих живые клетки.

Этика

Согласно недавнему докладу Национальной академии наук, инженерии и медицины, крайне маловероятно, что в обозримом будущем такие органоиды смогут развить сознание, эмоции или способность чувствовать боль. Однако по мере того, как органоиды становятся всё сложнее, этические аспекты их применения требуют всё большего внимания.

Уточнения

Мозг — центральный отдел нервной системы.