Ученые пересадили человеческие мозговые органоиды мышам, у которых генетически выключили развитие коры и гиппокампа. Такие химерные животные позволили биологам обойти проблему нехватки места в мышином черепе и открыли путь к выращиванию крупных сетей человеческих нейронов прямо внутри модельного организма.
Трактограмма мозга мыши с пересаженным человеческим органоидом (его границы выделены белым пунктиром). Цветные линии показывают направления нервных путей, по которым движется вода внутри тканей. Изображение демонстрирует, как плотно человеческие нейроны срослись с мышиными структурами за пределами пунктирной зоны. / © Mansour et al., Nature (2026)
Современная наука активно использует органоиды для изучения человеческого мозга и причин неврологических болезней. Биологи научились выращивать из стволовых клеток трехмерные структуры, которые по клеточному составу напоминают настоящую нервную ткань.
Но органоиды в пробирке не формируют сложные нейронные сети и не управляют поведением. Чтобы изучать работу клеток в живом организме, исследователи начали пересаживать ткани грызунам. Прежние попытки трансплантации упирались в физические препятствия. Человеческим клеткам не хватало места в черепе животного. Местные мышиные клетки подавляли рост трансплантата и мешали ему образовывать связи.
Команда американских биологов решила освободить пространство для человеческих клеток. Результаты опубликовали в журнале Nature.
Сначала авторы научной работы вывели особую линию иммунодефицитных мышей. С помощью генетических манипуляций они отключили ген, отвечающий за развитие коры и гиппокампа на этапе эмбриона. Из-за этого мозг новорожденных животных получался наполовину пустым.
Затем биологи пересадили в эти полости четыре человеческих органоида. Через три месяца трансплантаты увеличились почти в пять раз и заняли 92% свободного пространства. Ученые оценили состав тканей с помощью секвенирования РНК и обнаружили, что органоиды успешно развили большинство типичных клеток коры человека. Среди них оказались астроциты и даже редкие пирамидальные нейроны пятого слоя, которые в обычном мозге отвечают за создание длинных нервных магистралей.
Ткани двух видов успешно срослись. Человеческие нейроны протянули отростки глубоко в спинной мозг мышей. Оптические датчики зафиксировали спонтанные волны кальциевой активности: человеческие клетки обменивались сигналами синхронно с движениями морды грызуна.
Машинный анализ видеозаписей показал, что мыши с человеческими клетками вели себя иначе по сравнению с животными без коры: у них частично улучшились рабочая память и координация движений. При этом их показатели так и не достигли уровня здоровых, обычных грызунов.
В конце эксперимента ученые подвергли мышей кислородному голоданию. Человеческие клетки отреагировали на стресс воспалением, а у животных изменилась походка.
В итоге биологи создали принципиально новую живую платформу для науки. Эксперимент доказал способность человеческих нейронов успешно встраиваться в нервную систему другого вида, брать на себя часть функций и реагировать на стресс.
В будущем исследователи планируют применять эту технологию для изучения конкретных патологий нервной системы. Выращивая органоиды из клеток пациентов с шизофренией или редкими формами деменции, а затем пересаживая их мышам, можно будет в реальном времени наблюдать, как именно развиваются эти патологии. Химерная модель позволит безопасно тестировать на грызунах экспериментальные лекарства, нацеленные исключительно на человеческие нейроны.