Ученые представили новый метод криоконсервации тканей головного мозга и нервных органоидов человека. Инновационная технология позволила ученым заморозить ткань человеческого мозга и оживить ее без повреждений. Это достижение меняет правила игры в изучении неврологических заболеваний, утверждают Чжичэн Шао и его команда из Университета Фудань в Шанхае, Китай.

Чтобы внести ясность с самого начала, ученые не замораживали и не оттаивали человеческий мозг. В этой работе используются органоиды мозга — искусственно выращенные in vitro ткани, напоминающие части человеческого мозга, — полученные из эмбриональных стволовых клеток человека. По сути, это крошечные ткани мозга, выращенные в чашке.

Традиционно замораживание ткани головного мозга приводит к значительному повреждению клеток при оттаивании, что ограничивает возможности исследований. Чтобы решить эту проблему, исследователи в течение многих недель культивировали органоиды мозга, а затем обрабатывали их запатентованной смесью химикатов. Органоиды размером примерно четыре миллиметра содержали нейроны и нейральные стволовые клетки, способные развиваться в различные функциональные клетки мозга.

Решение MEDY

Ключом к этому прорыву является химическая смесь под названием MEDY, состоящая из метилцеллюлозы, этиленгликоля, ДМСО и Y27632. ДМСО (диметилсульфоксид) представляет собой универсальный растворитель и криопротектор, который предотвращает образование кристаллов льда в клетках во время замораживания, а Y27632 представляет собой низкомолекулярный ингибитор, который воздействует на ROCK (Rho-ассоциированную протеинкиназу) для улучшения выживаемости и роста клеток.

Эта смесь была идентифицирована после обширных испытаний с различными соединениями, чтобы найти лучший консервант в процессе замораживания и оттаивания. Было обнаружено, что MEDY минимизирует гибель клеток и эффективно способствует росту.

В своих экспериментах команда Шао хранила органоиды, обработанные MEDY, в жидком азоте не менее 48 часов. После оттаивания они наблюдали за органоидами в течение двух недель, оценивая гибель клеток и рост нейритов — ветвей нервных клеток. Органоиды, обработанные MEDY, показали большое сходство по внешнему виду, росту и функциям с незамороженными аналогами. Это сохранялось даже после заморозки на 18 месяцев в одном конкретном случае.

Зачем ученым нужно замораживать ткани мозга

Заболевания головного мозга влекут за собой огромные финансовые затраты и человеческие жизни. Более 90% новых лекарств-кандидатов терпят неудачу в ходе клинических испытаний. Эта неудача отчасти связана с проблемой переноса эффектов лекарств с животных моделей на людей.

Здесь на помощь приходят органоиды мозга. Эти ткани имитируют развитие и функционирование человеческого мозга. Таким образом, они могут оказаться гораздо более полезными, чем еще одно многообещающее исследование на мышах, которое ни к чему не приведет. Однако их многолетняя культура и высокие затраты на техническое обслуживание ограничивают их широкое использование.

MEDY решает эти проблемы, предоставляя надежный метод криоконсервации, который поддерживает нервную цитоархитектуру и функциональную активность органоидов головного мозга. Одним из существенных преимуществ MEDY является его применимость к широкому спектру органоидов, специфичных для определенных областей мозга, например, из переднего мозга, спинного мозга и зрительных пузырьков головного мозга. Эта универсальность означает, что теперь исследователи могут сохранять и использовать эти органоиды в течение продолжительных периодов времени, сокращая время подготовки и затраты, связанные с непрерывным культивированием.

Успешное сохранение ткани мозга выходит за рамки органоидов. Команда также протестировала MEDY на 3-миллиметровых кубиках ткани головного мозга 9-месячной девочки, страдающей эпилепсией. Эти образцы тканей сохраняли свою структуру и функции после оттаивания, оставаясь активными в культуре более двух недель.

Это не научно-фантастическое криогенное устройство, на которое вы надеялись, но кто знает, что готовит будущее.

Теперь исследователи могут хранить большие библиотеки органоидов мозга, представляющих различные состояния, что облегчает скрининг и разработку новых лекарств. Кроме того, они могли бы создать биобанк органоидов мозга, полученных от пациентов с различными заболеваниями головного мозга. Такой ресурс будет поддерживать подходы персонализированной медицины, позволяя исследователям изучать механизмы заболеваний и более эффективно разрабатывать индивидуальные методы лечения.

Благодаря дальнейшим исследованиям и испытаниям на более крупных тканях MEDY может проложить путь к сохранению всего человеческого мозга, хотя на данном этапе эта цель будет равняться стрельбе по звездам. Человеческий мозг невероятно сложен, и его на много порядков сложнее сохранить, чем крошечный кусочек нервной ткани. Криоконсервация — влажная мечта любого миллиардера — также должна будет воздействовать на все тело, поскольку ни один мозг никогда не эволюционировал, чтобы функционировать в среде, похожей на чан. Такая цель невозможна при нынешних технологиях, но можно только догадываться, на каком этапе технологического прогресса будет столетие.

На данный момент эта разработка знаменует собой важный шаг на пути к улучшению криоконсервации чувствительных тканей. Он уже имеет непосредственное применение в нейродегенеративных исследованиях. Техника MEDY может изменить подходы ученых к изучению развития мозга и заболеваний, что в конечном итоге приведет к значительным достижениям в медицине.

Результаты были опубликованы в журнале Методы отчетов по ячейкам .