Нейробиологи из Хьюстонского методистского университета разработали первый в своем роде метод быстрого создания синхронизированной активности, подобной активности человеческого мозга, в выращенных в лаборатории нейронных сетях, способных передавать данные на большие расстояния. Это нововведение предоставляет исследователям мощный инструмент для изучения нарушений межклеточных связей в мозге при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также для поиска потенциальных методов лечения.
Исследование проводилось под руководством доктора Роберта Кренчика, доцента Центра нейрорегенерации и отделения нейрохирургии Хьюстонского методистского научно-исследовательского института, и недавно было опубликовано в журнале Advanced Healthcare Materials .
Команда объединила нервные клетки в органоподобный кластер, известный как органоиды , вместе со звездообразными клетками, называемыми астроцитами, в конечном продукте, названном «астероидами». Эти оптимизированные «астероиды» быстро создали синхронизированные нейронные сети всего за несколько недель — гораздо быстрее, чем предыдущие методы. Кроме того, объединив несколько таких сетей в структуру, названную «поясами астероидов», исследователи наблюдали распространение этой активности на большие расстояния в течение 24 часов, имитируя процесс передачи сигналов на большие расстояния в человеческом мозге.
Кренчик отметил, что это открывает новый способ изучения факторов, влияющих на волнообразную активность мозга, и может помочь в разработке стратегий интеграции здоровых клеток в пораженные сети для терапии.
«Главное преимущество нашего подхода заключается в том, что мы можем комбинировать и объединять эти биологические нейронные сети в более сложные структуры, подобные строительным блокам Lego, что позволяет нам изучать взаимодействие между здоровыми и поражёнными тканями», — сказал Кренчик. «Чтобы проверить потенциал нового инструмента, мы обработали биологические „пояса астероидов“ токсичными молекулами, такими как окислительные стрессоры и бета-амилоидный белок, которые связаны с болезнью Паркинсона и болезнью Альцгеймера соответственно».
Когда команда Кренчика это сделала, повреждённые сети перестали функционировать должным образом и заблокировали распространение сигналов между здоровыми сетями. Однако, если один астероид в пределах Пояса астероидов обработать небольшим количеством токсина, здоровые сети смогли распространиться через слабо поражённую сеть.
«Самым удивительным открытием в исследовании стало восстановление синхронной активности нейронных сетей через ранее нарушенную регуляцию пораженной сети. Это дало нам надежду на использование здоровых нейронных сетей для восстановления функций через соседние нездоровые ткани», — сказал Кренчик. «Это инструмент нового поколения, позволяющий нейробиологам проверить, как заболевания и потенциальные методы лечения могут влиять на активность нейронных сетей на функциональном уровне».
По данным Ассоциации по борьбе с болезнью Альцгеймера, в 2024 году в Техасе насчитывалось почти 460 000 взрослых старше 65 лет, страдающих болезнью Альцгеймера. Нейродегенеративные заболевания , такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, связаны с нарушением связи между удалёнными областями мозга, что приводит к снижению когнитивных способностей и двигательным нарушениям. Инструменты, разработанные Кренчиком и его командой, позволяют учёным изучать, как происходит это нарушение, и тестировать стратегии, которые защищают или восстанавливают связь.
