Учёные вырастили трёхмерную модель мозжечка из стволовых клеток

Исследователи из Центра биологии развития RIKEN (RIKEN Center for Developmental Biology, Япония) с помощью эмбриональных стволовых клеток вырастили трёхмерную функциональную модель мозжечка. Результаты работы опубликованы 29 января 2015 г. в Cell Reports.

Одна из основных целей исследований регенеративной медицины на сегодняшний день – замена повреждённых тканей и целых органов, выращенных из недифференцированных стволовых клеток. Особенность восстановления нервной системы заключается ещё и в том, что помимо формирования нейронов, требуется их специфическое взаимодействие друг с другом.

Учёные из RIKEN, применив специально подобранную последовательность сигнальных молекул, заставили дифференцироваться индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) человека в трёхмерной культуре. В результате чего клетки самоорганизовались в многослойную функционирующую структуру сходную с мозжечком.

Основываясь на своих предыдущих исследованиях на мышах, учёные установили, что культивирование эмбриональных стволовых клеток человека с фактором роста фибробластов 2 (fibroblast growth factor 2, FGF2) на протяжении трёх недель стимулирует их дифференцировку в нейроны среднего и заднего мозга.

А при культивировании около пяти недель нейроны начинают экспрессировать специфические маркеры, характерные для предшественников клеток Пуркинье, зерновидных нейронов и глубоких ядер – специфических клеток мозжечка.

После дальнейшей обработки FGF2 учёные обнаружили в культуре клетки, по внешнему виду и экспрессируемым маркерам сходные со зрелыми клетками Пуркинье. Электрофизиологические исследования через 15 недель культивирования продемонстрировали специфическую для нормального мозжечка передачу сигналов в сформированной структуре.

Также, добавляя в культуру с FGF2 фактор стромальных клеток 1 (SDF1, stromal cell-derived factor 1) и FGF19 на разных этапах, учёные добились формирования трёх слоев клеток дорсального региона: вентрикулярной зоны, зоны клеток-предшественников Пуркинье и зоны ромбической губы.

«Принцип самоорганизации клеток, продемонстрированный нами, очень важен для дальнейшего развития регенеративной медицины. Успешные попытки создания мозжечка из иПСК уже предпринимались и ранее. Такие модели из полученных от пациентов клеток могут помочь в изучении многих нейродегенеративных заболеваний, в том числе и спиноцеребеллярной атаксии», — сказала ведущий автор исследования Кейко Мугурума (Keiko Muguruma).