У этой новости есть идеальный заголовок для жёлтой прессы:
«Учёные создали мышь с наполовину человеческим мозгом».
Самое неприятное — он даже не совсем неправильный.
Исследователи из Стэнфорда действительно вырастили из человеческих стволовых клеток ткань, напоминающую развивающуюся кору головного мозга, пересадили её новорождённым мышам — и дали ей занять значительную часть пространства, где у обычной мыши находится собственная кора.
Человеческие нейроны росли вместе с животным, обзаводились кровоснабжением, формировали связи, посылали отростки в другие участки нервной системы и демонстрировали организованную электрическую активность.
Но мышь человеком не стала.
Да и в суперумную мышь тоже не превратилась.
Настоящая ценность эксперимента находится совсем в другом месте: впервые исследователи получили настолько крупный участок развивающейся человеческой нервной ткани, работающий не в чашке Петри, а внутри живого организма.
И это может серьёзно изменить то, как мы изучаем болезни человеческого мозга.
Почему нельзя просто изучать мозг человека
С сердцем, печенью или опухолью всё относительно понятно.
Можно взять образец ткани. Сделать биопсию. Вырастить клетки. Иногда получить материал после операции и посмотреть, что происходит внутри.
С живым человеческим мозгом такой номер обычно не проходит.
Особенно если нас интересует не взрослый мозг, а его развитие во время беременности и первых месяцев жизни.
Никто не станет вырезать кусочек нормальной коры у младенца, чтобы посмотреть, как там формируются нейронные связи.
Поэтому нейробиология десятилетиями опиралась на животных.
Проблема очевидна: мышь — не маленький человек.
Многие базовые процессы у нас похожи, но человеческий мозг развивается гораздо дольше, содержит другие клеточные популяции и иначе собирает сложные нервные цепи. Для некоторых заболеваний мышиная модель прекрасно работает, а для некоторых мы годами успешно лечим мышей от того, от чего человека лечить так и не научились.
Последние годы появился промежуточный вариант — мозговые органоиды.
Это не маленький мозг в банке
Органоид начинают с человеческих клеток — например, кожи или крови.
Их перепрограммируют в состояние, похожее на эмбриональные стволовые клетки, а затем заставляют развиваться в нужном направлении.
Если условия подобраны правильно, клетки самоорганизуются и образуют трёхмерную нервную ткань.
В ней появляются разные типы нейронов. Они соединяются друг с другом. Возникает электрическая активность. Некоторые процессы напоминают ранние стадии развития человеческого мозга.
И тут журналисты обычно пишут:
«Учёные вырастили мини-мозг».
Это красивое, но довольно вредное упрощение.
У органоида нет нормального устройства человеческого мозга. Нет органов чувств. Нет связанного с ним тела. Нет полноценной сосудистой системы. Нет естественного набора входящих сигналов.
Это скорее очень сложная модель определённого участка развивающейся нервной ткани.
Для науки она невероятно полезна.
Но у чашки Петри есть потолок.
Мозгу очень не хватает организма
Нейроны не существуют сами по себе.
В настоящем мозге через них постоянно проходит поток информации. Они получают сигналы от других частей нервной системы, зависят от кровоснабжения, гормонов, иммунной системы и окружающих клеток.
Органоид в лабораторной посуде всего этого почти лишён.
Он может расти и усложняться лишь до определённого уровня.
Поэтому исследователи давно пробуют другой подход: пересаживать человеческую нервную ткань животным.
Такие эксперименты проводились и раньше. Человеческие органоиды уже пересаживали мышам и крысам, а нейроны после этого действительно могли подключаться к нервным цепям хозяина.
В 2022 году группа того же стэнфордского нейробиолога Серджиу Пашки показала, что пересаженные крысам человеческие кортикальные органоиды созревают значительно лучше, чем в лабораторной посуде, получают сенсорные сигналы и способны влиять на поведение животного.
Но оставалась проблема.
В мозге уже всё занято.
Поэтому учёные сначала освободили место
Вот здесь новый эксперимент становится действительно необычным.
Исследователи создали специальную линию мышей, у которых ещё во время эмбрионального развития генетически подавлялось формирование большей части неокортекса и гиппокампа.
То есть никто не вырезал половину мозга у взрослого животного.
Мышь сразу развивалась с сильно уменьшенными структурами переднего мозга.
Звучит довольно сурово, но животные оказались жизнеспособны. Они могли передвигаться, есть, исследовать пространство и выполнять многие обычные действия, хотя у них наблюдались нарушения тонкой координации и некоторых задач памяти.
Получившееся свободное пространство исследователи использовали как своеобразный биологический инкубатор.
В мозг новорождённой мыши пересаживали человеческий кортикальный органоид.
А дальше происходило то, ради чего всё затевалось.
Он начинал расти.
Человеческая ткань действительно заняла место мышиной
Пересаженные клетки не остались маленьким комочком в углу мозга.
Человеческая ткань разрасталась и могла занимать большую часть освободившегося кортикального объёма.
В ней появлялись различные типы клеток, характерные для развивающейся человеческой коры. В том числе исследователи обнаружили нейроны глубоких слоёв, способные отправлять длинные проекции за пределы самой коры.
Некоторые из этих отростков уходили в другие области мозга и далее по нервной системе мыши.
Получался довольно странный гибрид.
Сенсорные органы — мышиные.
Ствол мозга — мышиный.
Спинной мозг — мышиный.
Значительная часть новой кортикальной ткани — человеческая.
Причём две системы не просто лежали рядом.
Они соединялись.
Исследователи регистрировали электрическую активность человеческих нейронов прямо у бодрствующих животных и обнаружили организованные паттерны активности, напоминавшие работу развивающихся нервных цепей.
Кровеносные сосуды мыши снабжали трансплантат.
Клетки хозяина проникали внутрь.
Человеческие нейроны отправляли аксоны наружу.
То есть ткань становилась частью работающей биологической системы.
Значит, человеческая кора начала управлять мышью?
Вот здесь нужно особенно аккуратно.
Авторы сравнивали обычных животных, мышей с уменьшенной корой и мышей, которым в освободившееся пространство пересадили человеческие органоиды.
Никакого появления человеческого интеллекта, необычных способностей или внезапного мышиного Шекспира исследователи не обнаружили.
В целом животные сохраняли обычную двигательную активность.
Различия были гораздо тоньше.
У мышей без значительной части собственной коры возникали проблемы в некоторых тестах на координацию и рабочую память. У животных с человеческой тканью картина немного менялась, что показывает: трансплантат не просто существовал внутри черепа, а участвовал в работе общей нервной системы.
Но говорить, что человеческая кора «заменила мышиную», тоже неправильно.
Нормальный человеческий мозг строится годами по очень сложной программе. Здесь человеческая ткань развивается внутри совершенно чужого организма, получает мышиные сигналы и соединяется с мышиными структурами.
Это не человеческая кора в миниатюре.
Это новая экспериментальная система, которой раньше просто не существовало.
И зачем вообще создавать такую странность?
Вот тут начинается действительно полезная часть истории.
Представим ребёнка, который при родах пережил тяжёлую нехватку кислорода.
Мы знаем, что развивающийся человеческий мозг крайне чувствителен к гипоксии. Последствия могут включать нарушения движения и церебральный паралич.
Но подробно наблюдать повреждение человеческих нейронов внутри развивающегося мозга мы по понятным причинам не можем.
На мышах — можем.
Только нейроны там мышиные.
В новом эксперименте исследователи подвергли животных контролируемой гипоксии и смогли посмотреть, что происходит именно с человеческой нервной тканью внутри живого организма.
Результат оказался интересным.
В человеческом трансплантате появились выраженные молекулярные признаки реакции на нехватку кислорода. Изменилась работа вспомогательных клеток, появились признаки повреждения сосудистой системы, а затем у животных обнаружились нарушения походки.
Причём некоторые эффекты были заметнее именно в человеческой ткани, чем в оставшейся мышиной.
То есть модель позволила связать цепочку:
воздействие → повреждение человеческих клеток → изменение нервной системы → изменение поведения животного.
Для исследования заболеваний это очень мощный инструмент.
А если клетки изначально взять у больного человека?
Вот здесь возможности становятся ещё интереснее.
Допустим, у человека есть редкая генетическая мутация, вызывающая нарушение развития мозга.
Берём его клетки.
Превращаем их в стволовые.
Выращиваем кортикальный органоид.
Пересаживаем его мыши.
И впервые получаем возможность наблюдать, как человеческая ткань с конкретной мутацией развивается внутри живой нервной системы.
Можно изучать эпилепсию, некоторые формы интеллектуальных нарушений, аутизм, шизофрению, нейродегенеративные болезни.
Можно сравнивать здоровую ткань и ткань с мутацией.
Можно пробовать лекарства и смотреть не только на изменения клеток под микроскопом, но и на работу нейронных цепей и поведение целого организма.
Именно этого органоидам в пробирке очень не хватает.
Но тут довольно быстро появляется слон в лаборатории
Если человеческая нервная ткань становится всё крупнее, сложнее и лучше соединяется с мозгом животного, возникает совершенно закономерный вопрос:
а насколько далеко вообще можно идти?
Сегодня ответ относительно спокойный.
Нет никаких признаков того, что человеческие органоиды обладают человеческим сознанием.
Нет оснований считать, что эти мыши получили человеческое мышление.
Человеческая ткань в эксперименте соответствовала скорее незрелым стадиям развития и формировалась совсем не так, как нормальный человеческий мозг.
Но эти ограничения технологические.
А технологии имеют неприятную привычку развиваться.
Допустим, через десять лет ткань станет гораздо сложнее
Научимся выращивать более зрелые органоиды.
Добавим несколько областей мозга.
Соединим их между собой.
Обеспечим полноценное кровоснабжение.
Дадим им зрительные, слуховые и тактильные входы.
Научимся поддерживать их годами.
Что тогда?
Проблема даже не обязательно в том, что однажды в лаборатории проснётся маленький человек.
До такого сценария нам очень далеко, и неизвестно, возможен ли он вообще.
Гораздо сложнее промежуточная территория.
Например, может ли достаточно сложная человеческая нервная ткань ощущать боль?
Может ли возникнуть примитивное субъективное состояние?
Изменится ли моральный статус животного, если всё большая часть его нервной системы имеет человеческое происхождение?
И как мы вообще поймём, что пересекли границу?
Мы до сих пор не имеем теста, который позволяет взять биологическую систему и уверенно сказать:
вот здесь сознания ещё нет, а здесь уже появилось.
Для взрослого человека вопрос очевиден.
Для мыши — в целом тоже.
Для огромного органоида, встроенного в чужую нервную систему, всё становится намного менее удобно.
Поэтому этика здесь появилась раньше настоящей проблемы
Стэнфордская команда подчёркивает, что работу обсуждали с этическими специалистами ещё до проведения экспериментов.
И это довольно разумный подход.
Обычно человечество любит сначала построить технологию, а потом выяснять, что с ней теперь делать.
Здесь есть шанс хотя бы попробовать наоборот.
Причём ближайшая этическая проблема гораздо прозаичнее сознания.
Это благополучие самих животных.
Мы создаём мышей с необычно устроенной нервной системой, выращиваем внутри них человеческую ткань и намеренно моделируем заболевания.
Значит, необходимо понимать, испытывают ли они дополнительный стресс, боль или нарушения, которых раньше в экспериментах не было.
А следующий шаг требует ещё большей осторожности.
Потому что мышь и человек находятся достаточно далеко друг от друга.
С приматами ситуация была бы совсем иной.
Самое интересное в этой работе не «получеловек-полумышь»
Заголовок про человеческий мозг внутри мыши, конечно, выглядит эффектнее.
Но настоящий научный прорыв прячется глубже.
Мы постепенно учимся брать клетки конкретного человека, превращать их в нервную ткань и заставлять эту ткань жить внутри работающего организма.
Не просто выживать.
Получать кровь.
Принимать сигналы.
Отправлять сигналы.
Меняться при болезни.
Влиять на поведение.
Это своего рода мост между двумя мирами.
С одной стороны — лабораторная чашка, где всё удобно измерять, но нет настоящего организма.
С другой — человек, где есть настоящий мозг, но экспериментировать с ним практически невозможно.
Между ними появляется странное существо: мышь, внутри которой развивается участок человеческой нервной ткани.
Пока оно нужно прежде всего для исследований.
Но сама технология заставляет задать куда более широкий вопрос.
Мы привыкли считать мозг чем-то почти неделимым: либо он человеческий, либо мышиный.
Оказывается, на уровне клеток и нервных цепей граница гораздо менее жёсткая.
Человеческий нейрон вполне способен протянуть отросток в мышиный мозг.
Мышиный сосуд — питать человеческую ткань.
А две нервные системы — научиться работать вместе.
И, пожалуй, именно это в новой работе одновременно самое полезное и самое немного жутковатое.
