Для початку, мабуть, варто пояснити, для чого це могло б їм знадобитися. Ідея виростити собі новий мозок, якщо старий з якоїсь причини не влаштовує вас, може здатися привабливою лише на перший погляд. Однак насправді ця наукова робота відкриває нові перспективи головним чином для дослідників, що вивчають розвиток мозку і функції різних генів в цьому процесі.
Взагалі, дослідження нервової системи, зокрема мозку людини - досить складне завдання. Отримати потрібні дослідні зразки належної кондиції не завжди получається. Втім, зараз нейрофізіологи навчилися грамотно поводитися з стовбуровими клітинами. Взяти, для прикладу, Кріобанк, про який детальніше можна дізнатись на сайті https://cryobank.ua/, і який гарантує високу (до 96%) життєздатність стовбурових клітин після їх розморожування.
Традиційний підхід генетиків до вивчення функції будь-якого гена - спробувати змінити або навіть зруйнувати цей ген і подивитися, що ж зміниться в житті організму або в функціонуванні якогось його органа. Зрозуміло, такі досліди проводять не на людях, а на лабораторних модельних організмах, наприклад мишах. Зазвичай вивчення гена ссавця, в тому числі і людини, починається з виведення лінії мишей, у якій аналогічний ген змінений. Як отримати таку лінію?
Ссавці - багатоклітинні організми, що беруть початок з єдиної клітини, і отримання генетично модифікованого організму логічно було б починати саме з цієї клітини. Однак генетичні маніпуляції з заплідненою яйцеклітиною ссавців досить проблемні. Тому на практиці дослідники найчастіше йдуть іншим шляхом: необхідні генетичні зміни вносяться в ембріональні стовбурові клітини, що ростуть в культурі. Потім ці клітини вводяться в мишачий зародок на стадії бластоцисти. Стовбурові клітини стають частиною зародка, і в результаті формується «химерний» організм: частина його клітин - нащадки генетично модифікованої лінії, введеної в бластоцисту, а інші ведуть свою історію від заплідненої яйцеклітини.
Потім, щоб отримати організм, що цілком складається з клітин необхідного генотипу, мишей схрещують між собою для отримання чистої лінії. Цей метод досить трудомісткий. Щоб полегшити процедуру, доктор Фредерік Альт (один із співавторів роботи, про яку тут ідеться) ще чверть століття тому запропонував витончене рішення. Якщо клітини зародка, з яких згодом розвинеться той чи інший орган, будуть знищені, то їх місце може бути повністю зайнято введеними стовбуровими клітинами, генетично модифікованими для цілей дослідження. Таким чином, всі клітини даного органу (а не їх частина) будуть нести необхідні генетичні особливості, і в трудомісткий етапі - декількох раундах схрещування мишей - не буде необхідності.
Тоді, в 1993 році, Фредерік Альт продемонстрував таку можливість на клітинах імунної системи. Надалі цей підхід був використаний для регенерації генетично модифікованого кришталика ока, нирки, серця і підшлункової залози. Нарешті 25 років по тому справа дійшла і до головного мозку. Цей досвід був поставлений все тим же Фредеріком Альтом за участю його каліфорнійського колеги Бьорна Швер, а також їх співробітниками.
Дослідники вивели лінію мишей, у якій клітини зародка - ті, яким судилося дати початок переднього мозку, - на ранньому етапі розвитку гинули. Їх вбивав дифтерійний токсин, що виробляється по команді спеціально введеного в мишей гена. Після загибелі цих клітин мишачий зародок був приречений з’явитися на світ без переднього мозку (тобто кори півкуль, гіпокампу та інших важливих частин). Але така доля чекала його лише в тому випадку, якщо дослідники завчасно не запроваджували в бластоцисту стовбурові клітини. Потрапивши в зародок, ці клітини охоче брали на себе функцію своїх загиблих колег і розвивалися в нормальний мозок. Якщо ж дослідники генетично модифікували ці стовбурові клітини, щоб вони несли певну мутацію, тоді всі клітини мишачого мозку також наслідували цю мутацію.
У отриманих таким чином мишей був абсолютно нормальний мишачий мозок. Більш того, у всіх поведінкових тестах вони вели себе точно так само, як їх одноплемінники, чий мозок розвивався звичайним чином. При цьому всі клітини мозку цих мишей несли ті генетичні маркери, які дослідникам заманулося туди вставити. Наприклад, вчені внесли в мишачий мозок мутантний ген даблкортіна - білка, керуючого, зокрема, міграцією нейронів при розвитку мозку. У людей подібна мутація викликає важку аномалію розвитку. У мишей, чий мозок був вирощений з модифікованих стовбурних клітин, спостерігалися відповідні аномалії розвитку гіпокампу.
Таким чином, запропонований метод може використовуватися для моделювання спадкових захворювань людини. Можливий, очевидно, і більш прямолінійний підхід: мишачий мозок може бути безпосередньо замінений стовбуровими клітинами людини, щоб отримати міжвидовую «химеру» - миша з мозком, вирощеним з людських клітин. Треба відзначити, що в даний час подібні експерименти - отримання химерних організмів з використанням тканин людини - вважаються етично спірними, і вже точно серйозні заперечення повинна викликати ідея використовувати в якості людського компонента саме клітини переднього мозку. Крім того, на цьому шляху дослідників чекають і чисто технічні труднощі.