Органоиды — миниатюрные, упрощенные версии органов — существуют для кишечника, легких, печени, молочной железы, мозга и многих других. Ученые из Йельской* школы медицины (деятельность Йельского университета признана нежелательной в РФ) добавили в этот список шишковидную железу (эпифиз) — крошечную структуру в мозге, которая регулирует режим сна через выработку гормона мелатонина.
Органоиды создают из стволовых клеток, помещая их в специальную химическую среду, которая заставляет их самоорганизовываться в трехмерные структуры. По словам участников проекта, на поиск оптимальных условий для создания органоида шишковидной железы из стволовых клеток ушел почти год.
Полученные органоиды содержали весь необходимый биохимический аппарат для производства мелатонина. Чтобы убедиться, что они могут его выделять, ученые создали «асемблоид» — связали вместе два типа органоидов. Второй органоид имитировал верхний шейный ганглий (скопление нервных клеток), который в организме млекопитающих стимулирует эпифиз. Когда «нервный» органоид стимулировали, он успешно запускал выделение мелатонина из органоида шишковидной железы. В финальном тесте мышам с удаленным эпифизом пересадили лабораторные органоиды, и в крови животных циркулировал мелатонин.
Исследователи создали органоид шишковидной железы из стволовых клеток пациентов с синдромом Ангельмана. На ранних стадиях развития такие органоиды были меньше обычных, и эта разница нарастала со временем. Но самое неожиданное: в них начали формироваться структуры, которых нет в нормальном эпифизе.
Синдром Ангельмана — редкое генетическое заболевание, характеризующееся задержкой развития, интеллектуальной инвалидностью, нарушениями речи и координации. У большинства пациентов также есть тяжелые и стойкие проблемы со сном (трудности с засыпанием и поддержанием сна) и сниженная секреция мелатонина.
Гены, необходимые для синтеза мелатонина, оказались почти полностью неактивны, а гены, отвечающие за формирование сосудистого сплетения, наоборот, были повышены. Произошла своего рода «подмена» активности клеток. Когда ученые проверили животных моделях синдрома Ангельмана, они обнаружили, что ткань сосудистого сплетения вторгается в их шишковидную железу.
Сейчас исследователи проверяют, есть ли аналогичные изменения в эпифизе людей с синдромом Ангельмана. Они также изучают возможность трансплантации органоидов шишковидной железы или их основных клеток для лечения тяжелых нарушений сна, связанных с этим синдромом, аутизмом, депрессией или даже старением.
В ближайших планах — использовать органоиды шишковидной железы для воспроизведения циркадных ритмов и циклов сна в лаборатории. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell Stem Cell.
Ранее Наука Mail рассказывала о создании первой рабочей модели клеток кишечника.
