МОСКВА, 22 янв — РИА Новости, Альфия Еникеева. Ученые пытаются создать мозг человека и других животных, максимально приближенный к настоящему. Это важно для экспериментов, трансплантации органов, изучения болезней. Не исключено, что в ближайшем будущем в пробирках удастся вырастить образцы, обладающие сознанием.
Обезглавленные свиньи
В апреле 2018 года журнал Nature опубликовал открытое письмо 17 ведущих нейрофизиологов мира с призывом разработать правила и ограничения для экспериментов с искусственно выращенной нервной тканью, поскольку очень скоро можно будет воссоздавать не только структуры, но и функции мозга. Иными словами, весьма вероятно, что некоторые лабораторные образцы вот-вот продемонстрируют признаки сознания, и надо быть к этому готовыми.
Фактически это был ответ на сообщение ученых Йельского университета о том, что они в течение 36 часов поддерживали в живом состоянии мозг свиньи, отделенный от тела. Для восстановления циркуляции крови в мозгах более сотни животных через четыре часа после того как их обезглавили, использовали специально разработанную систему насосов с подогревом BrainEx и синтетический заменитель крови.
В реанимированных таким образом мозгах обнаружились миллиарды живых, работоспособных нервных клеток. Однако электрической активности не было — это показала электроэнцефалограмма. Поэтому ученые заключили, что мозг живой, но находится в состоянии комы, а значит, сознания нет.
По словам авторов работы, оживленные свиные мозги в дальнейшем способны послужить материалом для испытания новых лекарств от рака или болезни Альцгеймера. Кроме того, технически это открытие можно рассматривать как способ сохранить живым орган для дальнейшей трансплантации или заставить функционировать мозг, выращенный в лабораторных условиях.
Мозги в пробирке
Этой проблемой вплотную занимаются с середины нулевых, когда японские биологи последовательно вырастили кору головного мозга, гипофиз и глазной бокал — вырост стенки промежуточного мозга у зародыша млекопитающих. В качестве строительного материала везде использовались стволовые клетки.
В 2012 году американские ученые получили в лабораторных условиях передний мозг с корой, стадия развития которой соответствовала мозгу человеческого эмбриона в конце первого триместра беременности. Специалисты Стэндфордского университета пошли дальше и три года спустя создали небольшие комочки, имитирующие мозг новорожденного младенца сразу после появления на свет.
Тогда же исследователи из Университета Огайо вырастили из стволовых клеток полноценный мозг человека, соответствующий уровню пятинедельного эмбриона. По словам авторов эксперимента, удалось практически полностью воспроизвести все основные области головного мозга, но не хватало сосудистой системы. Поэтому он не мог дальше развиваться и функционировать.
Маленький, да удаленький
Пробирочные мозги пока очень маленькие. Например, размеры стэндфордских образцов — всего три-четыре миллиметра. Орган, созданный в Огайо, — не больше ластика на кончике простого карандаша.
Главная причина миниатюрности — недостаток кислорода и питательных веществ, которые к внутренним органам доставляет сосудистая система. У искусственных мозгов такой системы нет, и единственный возможный путь для проникновения молекул необходимых веществ — через ткани.
Кроме того, питательный раствор, в котором выращиваются мозги, не способен полностью воспроизвести особую микросреду организма, в которой растет и развивается человеческий мозг. Что, в свою очередь, ограничивает доступ сигнальных молекул, передающих сигналы, или стимулы, от клетки к клетке. В живом организме нарушения в передаче сигналов приводят к развитию рака, аутоиммунных заболеваний и диабета, в искусственных — к ограничению размеров.
Мозг неандертальца
Один из возможных выходов — создание животных-химер, то есть трансплантация выращенных частей человеческого мозга какому-то лабораторному животному. Первые опыты провели на мышах. В 2015 году специалисты Института биологических исследований Солка (США) заявили, что пересадили в мозг грызунов выращенные в пробирке органоиды и сумели подключить их к кровеносной системе животных. Через три месяца у 80 процентов мышей искусственные нервные ткани прижились. Правда, как отмечают авторы работы, умнее прооперированные грызуны не стали: их поведение не отличалось от обычного.
Ученые полагают, что такие исследования произведут революцию в регенеративной медицине и позволят имплантировать выращенные клетки людям. Если опыты окажутся успешными, пересаживать можно будет любые созданные в пробирке органоиды — в том числе и неандертальские. Не так давно американские биологи получили в лабораторных условиях мозг неандертальца. Для этого в ДНК стволовых клеток внесли мутацию, характерную для генома древних людей. Одна мутация кардинальным образом изменила структуру нейронных связей и даже форму органоидов.
Нейроны в неандертальской нервной ткани быстрее мигрировали и образовывали меньше синапсов по сравнению с человеческим мозгом. По словам авторов исследования, это похоже на то, что происходит в органоидах, созданных из клеток аутистов. Но искусственная нервная ткань сама по себе мало говорит о том, как будет функционировать взрослый мозг, — а именно это особенно интересует ученых.
Чтобы понять все процессы, протекающие в неандертальском мозге, нужно зафиксировать в нем электрическую активность, указывающую на сознание. И тут ученые вступят в серую зону, о которой предупреждали авторы апрельского письма. У них появится прекрасная экспериментальная модель, помогающая ответить на многие вопросы, но эта модель будет все чувствовать и, вероятно, понимать.