Как ученые полностью подключили "органоиды" человеческого мозга к мозгу крысы

В октябре ученые успешно пересадили скопления человеческих клеток, называемых органоидами мозга, в мозг эмбрионов крыс. Затем они наблюдали, как эти органоиды выросли в миллионы клеток, подключились к кровоснабжению и подключились к мозгу крысы. Когда ученые погладили крысиные усы, клетки человеческого мозга загорелись в ответ; а позже, когда они стимулировали человеческие клетки лазером, крыса встала и сделала глоток воды.

Этот эксперимент - первый случай, когда человеческий органоид смог повлиять на поведение другого вида. Это была поразительная демонстрация того, как органоиды мозга, которые когда-то выращивали только в лабораториях для исследований, могут работать в реальной жизни. Полученные результаты дают заманчивую возможность смоделировать человеческий мозг с большей точностью, чем когда-либо, и найти лекарства от ужасных заболеваний мозга. Но это также влечет за собой некоторые этические вопросы.

Органоиды мозга были разработаны для решения центральной дилеммы в нейробиологии — не существует реалистичных моделей человеческого мозга. Мозг мыши, крысы и даже примата может научить ученых кое-чему о том, как работает мозг, но ничто не может сравниться по сложности с человеческим мозгом. Это то, что отличает его от всех других органов.

Ученые уже давно пытаются вырастить модели человеческого мозга в лаборатории. Разработка органоидов ознаменовала большой прогресс в этой области. Эти трехмерные сгустки тканей извлекаются из стволовых клеток и самоорганизуются в маленькие сгустки ткани, иногда с различными типами клеток. Первые итерации, выращенные в чашках Петри, были затруднены из-за отсутствия кровотока и нейронных связей. Клетки в центре увянут и умрут без необходимого кислорода и питательных веществ. Были также значительные ограничения на то, что можно было узнать без сенсорных входов и нейронных выходов.

Несколько лет назад ученые решили эти проблемы, когда они успешно имплантировали органоид в мозг грызуна. После купания в крови органоид рос и устанавливал нейронные связи с мозгом животного. Теперь, четыре года спустя, достигнута еще одна веха, поскольку ученые доказали, что имплантированный органоид может влиять на поведение животного.

На данный момент ученые не верят, что они создали научно-фантастическую версию гибрида грызуна и человека или самой умной крысы в мире. Современные органоиды слишком малы, чтобы имитировать внутреннюю работу человеческого мозга. Типичный органоид содержит от одного до трех миллионов нейронов, что на несколько порядков меньше, чем в реальном человеческом мозге, который содержит десятки миллиардов нейронов. Кроме того, органоиды организованы не так, как мозг, а скорее как отдельные области — они не функционируют как единое целое. Даже после имплантации крысе, ученые говорят, что они никогда не смогут вырасти достаточно большими и сложными, чтобы имитировать человека.

В 2021 году Национальные академии собрали группу ученых, специалистов по этике и религиозных лидеров, чтобы обсудить этические проблемы с органоидами человеческого мозга. Одним из первых, о чем они договорились, было перестать называть мозговые органоиды “мини-мозгами”, - рассказывает Хэнк Грили, профессор права в Стэнфорде, в интервью Popular Mechanics.

“Кажется крайне маловероятным, что крыса выведет E равным MC в квадрате или встанет на задние лапы и скажет: "Привет! Я Микки, - говорит Грили. “Никто не беспокоится о том, чтобы проделать это с грызунами, но если вы попробуете это на шимпанзе, тогда нам следует обсудить”.

Проблема в том, что по мере того, как ученые приближаются к точной имитации человеческого мозга, они начнут пересекать этические границы. Вероятно, само собой разумеется, что мозг отличается от всех других органов в организме. Если бы ученые имплантировали клетки человеческой почки в почку мыши, это едва ли вызвало бы удивление, но у мозга другой статус. В западных культурах, в частности, мы склонны ассоциировать мозг как центр нашей идентичности.

"Мозг управляет нашей свободной волей, тем, как мы принимаем решения и как мы воспринимаем мир", - рассказывает Карен Роммельфангер, директор программы нейроэтики в Эмори, в "Популярной механике". “Это то, что отличает мозг от любого другого органа, не только биологически, но и культурно”.

Первые два вопроса, которые необходимо решить, заключаются в том, могут ли органоиды развить сознание и узнали бы мы об этом, если бы они это сделали. Роммельфангер говорит, что “большой страшный вопрос заключается в том, что по мере усложнения органоидов они могут стать сознательными?”

Беспокойство, вероятно, связано с исследованиями, показывающими спонтанные электрические сигналы, возникающие в этих сгустках клеток. В 2019 году ученые опубликовали исследование, показывающее, что электрическую активность можно измерить в органоиде мозга. Прикрепив электроды к структуре ткани, они обнаружили волны на частотах, сходных с альфа-, гамма- и дельта-волнами, которые формируются в человеческом мозге. Кроме того, наблюдаемая картина возбуждения предполагала, что разные области разговаривали друг с другом. Ученые были шокированы результатами и приписали их новому протоколу питания, который позволяет органоидам выживать дольше и становиться более сложными. Органоиды в этом эксперименте вырастили специализированные клетки, называемые глией, а их нейроны отрастили ветвящиеся дендриты.

Нетрудно представить, что в будущем ученые усовершенствуют свои методы настолько, чтобы сделать органоид еще более сложным. И когда они это делают, многие соглашаются, что нам нужно их контролировать. Единственная проблема в том, что нет эмпирического измерения сознания. Ученые и врачи до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, есть ли у коматозного человека какой-то уровень этого. Измерение его в отдельно стоящем органоиде создает дополнительные проблемы.

источник: