Кора головного мозга разделена на области нейронов с различными ролями, такими как создание или обработка речи, движения, зрения и т. Д. Эти корковые области сообщаются через церебральные пути, образованные пучками (пучками) тонких и длинных отростков нервных клеток, называемых аксонами. В токийском исследовании, проведенном Институтом промышленных наук (IIS) при университете, был изобретен метод создания нервной ткани, имитирующей мозговой тракт. Это может помочь ответить на вопросы о том, как долго формируются связи в мозгу, и, в конечном итоге, как тракты объединяют отдельные когнитивные задачи в единый интеллект.
Под руководством Ёсихо Икеучи команда вырастила сфероиды нейронов, имитирующие кору головного мозга, с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) человека.
Когда два сфероида были размещены на двух концах микропроцессора, который давал физические инструкции, они начали вытягивать аксоны друг к другу по узкому каналу, разделяющему их.
«Через 25 дней оба усика аксонов достигли всего пути вниз по каналу, и два кортикальных сфероида были соединены», – говорит Икеучи. "Мы знаем, что это было функциональное электрическое соединение, потому что, если один сфероид был электрически стимулирован, другой отреагировал бы через короткую задержку. Это похоже на ситуацию в реальном мозге, где удаленные области взаимодействуют во время познания."
Развитие мозга сложное, и на самом деле «мозговые тракты» выросли только при правильных обстоятельствах. Когда один конец микропроцессора был пуст, аксоны все еще выходили из нейронов на другом конце, но значительно менее эффективно.
Размещение предмета, такого как стеклянная бусина, на пустом конце никак не улучшило рост пучков.
«Сфероиды, способствующие росту пучков друг у друга, очень интересны, – говорит Такааки Кирихара, первый автор исследования в iScience. "Это означает, что противоположные аксоны взаимно направляют друг друга, соединяя две группы нейронов. Это могло бы помочь объяснить, как формируются взаимные связи между удаленными областями мозга, иногда даже между разными полушариями."
Хотя аксоны, растущие в микроустройстве, ни в коем случае не то же самое, что и живой мозг, есть ключ к тому, что модель культуры ткани была реалистичной.
Известно, что ген L1CAM необходим для формирования церебрального тракта. Когда L1CAM был сбит (подавлен) в сфероидах, многие аксоны не смогли собраться в пучок. Это говорит о том, что модель может быть использована не только для изучения нормальной ткани мозга, но и для изучения нарушений развития церебрального тракта.
В будущем группа предлагает выйти за рамки нынешних условий, создав устройство для культивирования, которое расширяется по мере роста кортикальных сфероидов – точно так же, как череп становится больше в детстве.
На данный момент результаты показывают, что стволовые клетки можно использовать для создания реалистичных моделей нейронов, аксонов и их скоординированного роста. Это открывает возможность понять, как устроен молодой мозг.