Нейроны — это не просто клетки, а целый мир разнообразия. По последним данным, в человеческом мозге существует от нескольких сотен до нескольких тысяч их типов. Они различаются по функциям, количеству и длине отростков, способам соединения друг с другом и типам передаваемых сигналов. В коре, среднем мозге или других отделах работают совершенно разные нейроны.

Долгое время ученые выращивали нервные клетки из стволовых в чашках Петри, но воссоздать их естественное многообразие не получалось. Методами генной инженерии или добавляя сигнальные молекулы, удавалось получить лишь несколько десятков типов — ничтожно мало по сравнению с реальным числом.

Нейроны из пробирки часто используют для изучения болезней, но до сих пор мало кто задумывался, какие именно типы клеток при этом получаются, — говорит Барбара Тройтлин, профессор ETH Zurich. — Если мы хотим моделировать болезни вроде Альцгеймера, Паркинсона или депрессии, нужно учитывать специфику конкретных нейронов.

Как это удалось

Ученые взяли стволовые клетки, полученные из человеческой крови, и активировали в них гены, отвечающие за развитие нейронов. Затем обработали их морфогенами — сигнальными молекулами, которые в природе задают положение клеток в эмбрионе. Комбинируя семь морфогенов в разных дозах, создали почти 200 вариантов условий.

Морфогены — это молекулы, которые действуют как «координаторы» в эмбрионе: их концентрация меняется в разных участках, и клетки „считывают“ эти градиенты, чтобы понять, во что превращаться — в нейрон спинного мозга или, скажем, клетку сетчатки.

Подробности опубликованы в издании Science.

В результате получилось более 400 типов нейронов. Их проверили по трем критериям:

• Активность генов (анализ РНК),
• Внешний вид (форма и отростки),
• Функция (какие импульсы передают).

Сравнив данные с базами о нейронах мозга, ученые смогли определить их аналоги: например, клетки, реагирующие на боль, холод или движение, или нейроны из конкретных областей — периферической нервной системы, коры и т.д.

Зачем это нужно

Пока воссоздать все типы нейронов не удалось, но прорыв очевиден. Такие модели помогут изучать:

• Неврологические заболевания (эпилепсию, рассеянный склероз),
• Действие лекарств без испытаний на животных,
• В перспективе — замену погибших клеток при терапии.

Остается проблема: пока в пробирке получается смесь разных нейронов. Следующий шаг — научиться выращивать каждый тип по отдельности.

Этот метод открывает двери для персонализированной медицины. Например, можно будет:

• Точно моделировать болезни — если при Паркинсоне гибнут дофаминовые нейроны, теперь их можно вырастить и тестировать лекарства именно на них, а не на условных «аналогах».
• Снизить зависимость от животных моделей — клеточные культуры дадут более человеко-ориентированные данные.
• Ускорить разработку препаратов — фармкомпании смогут сразу проверять, как действует вещество на нужный тип нейронов, минуя стадию «угадайки».

Главный недостаток — пока метод не позволяет получать чистые культуры одного типа нейронов. Если в смеси есть клетки с разными функциями, эксперименты могут давать искаженные результаты. Например, тестируя препарат от депрессии на «коктейле» из нейронов, нельзя быть уверенным, что эффект связан именно с целевыми клетками.

Ранее ученые выяснили, как сохраняются воспоминания.