Используя новый подход, учёные успешно заморозили и разморозили мозговые органоиды и кубики мозговой ткани человека, страдающего эпилепсией, что может позволить провести более качественные исследования неврологических заболеваний.

Новая технология позволила учёным заморозить ткани человеческого мозга, чтобы они восстанавливали нормальные функции после размораживания, что потенциально открывает путь к более совершенным способам изучения неврологических заболеваний.

Ткани мозга обычно не выдерживают замораживания и размораживания, что значительно затрудняет медицинские исследования. Чтобы преодолеть это, Чжичэн Шао из Университета Фудань в Шанхае, Китай, и его коллеги использовали человеческие эмбриональные стволовые клетки для выращивания самоорганизующихся образцов мозга, известных как органоиды, в течение трёх недель — что достаточно для развития нейронов и нейральных стволовых клеток, которые могут стать различными видами функциональных клеток мозга.

Затем исследователи поместили эти органоиды, средний размер которых составлял 4 миллиметра в поперечнике, в различные химические вещества, такие как сахара и антифриз, которые, как они подозревали, могли помочь сохранить клетки мозга живыми в замороженном состоянии и дать им возможность расти после размораживания.

После хранения этих органоидов в жидком азоте в течение как минимум 24 часов команда разморозила их и в течение следующих двух недель наблюдала за гибелью клеток или ростом невритов — «ветвей» нервных клеток.

На основании показателей гибели и роста клеток, связанных с каждым веществом, исследователи выбрали лучшие вещества, пробуя различные комбинации во время тестов замораживания и размораживания на новом наборе органоидов.

Комбинация, которая привела к наименьшей гибели клеток и наибольшему росту, представляла собой смесь химических веществ, называемых метилцеллюлозой, этиленгликолем, DMSO и Y27 632, — которую ученые назвали MEDY. Они полагают, что MEDY вмешивается в метаболический путь, который в противном случае программирует клеточную смерть.

Шао и его коллеги протестировали MEDY в серии экспериментов с мозговыми органоидами возрастом от 28 до более 100 дней. Команда поместила органоиды в MEDY, прежде чем заморозить их — обычно на 48 часов — и разморозить. Затем исследователи наблюдали за их ростом в лабораторных условиях в течение 150 дней после разморозки.

Они обнаружили, что внешний вид, рост и функции размороженных органоидов были очень похожи на органоиды того же возраста, которые никогда не были заморожены, даже среди тех, которые были заморожены в MEDY в течение 18 месяцев. Команда также наблюдала схожие результаты для органоидов, представляющих различные зоны мозга.

Наконец, исследователи взяли 3-миллиметровые кубики мозговой ткани у 9-месячной девочки с эпилепсией и поместили их в MEDY, а затем заморозили и разморозили. Ткань сохранила свою структуру до заморозки и продолжала оставаться активной в лабораторной культуре в течение как минимум двух недель после разморозки.

По словам Романа Бауэра из Университета Суррея в Великобритании, возможность заморозки тканей человеческого мозга может привести к более качественному изучению развития мозга в лабораторных условиях в целях медицинских исследований.

Жуан Педро Магальес из Бирмингемского университета в Великобритании говорит, что он впечатлён тем, что метод команды успешно предотвратил гибель клеток и сохранил функцию. «Мы знаем, что клетки мозга очень хрупкие и чувствительны к стрессу», — говорит он.

При значительно большем количестве исследований и использовании более крупных тканей эта работа может однажды привести к заморозке всего мозга, говорит Магальес. «Прогнозируя на десятилетия или столетия вперед, мы можем представить себе пациентов, находящихся в терминальной стадии заболевания, или астронавтов, подвергаемых крионированию для путешествия к иным звёздным системам», – говорит он. MEDY может стать «одним маленьким шагом» к этой цели, говорит Магальес.

Cell Reports Methods DOI: 10.1016/j.crmeth.2024.100777