Научный прорыв совершили исследователи, создавшие инновационный химический состав под названием MEDY. Этот раствор позволяет подвергать ткани головного мозга многократным циклам глубокой заморозки и последующего оттаивания, полностью сохраняя их структурную целостность и функциональность. После предварительной обработки раствором и криогенного хранения в жидком азоте клетки мозга успешно возвращались к нормальной жизнедеятельности даже спустя полтора года. Данная технология консервации обещает революционизировать биомедицинские исследования, сделав высококачественные образцы мозговой ткани значительно более доступными для ученых по всему миру.
Органоиды мозга и вызовы их хранения
Одним из ключевых инструментов современной нейробиологии стало создание органоидов мозга — трехмерных клеточных культур, которые моделируют развитие и заболевания этого сложнейшего органа. Они позволяют изучать молекулярные механизмы патологий и тестировать потенциальные лекарства непосредственно на человеческой ткани. Однако широкое использование этой технологии сдерживалось серьезными логистическими проблемами: процесс выращивания органоидов требует много времени и ресурсов, а их долгосрочное хранение без потери качества было практически невозможным.
Основная трудность заключалась в криоконсервации. Независимо от скорости заморозки, процесс оттаивания неизбежно наносил непоправимый ущерб сложной нейронной сети, особенно в тканях с патологическими изменениями. После разморозки выживало и функционировало лишь небольшое количество нейронов, что вынуждало ученых проводить все исследования сразу после получения образца, ограничивая возможности для повторных проверок и международного сотрудничества.
Интересно, что для других биологических материалов, таких как эмбриональные стволовые клетки, гаметы или эмбрионы, эффективные методы криоконсервации уже существуют. Например, замороженная бычья сперма успешно используется для искусственного оплодотворения. Однако мозговая ткань, с ее невероятно сложной и хрупкой архитектурой из взаимосвязанных нейронов и глиальных клеток, долгое время оставалась неподдающимся объектом для подобных технологий. Методы, работающие для простых клеточных культур или не-нейронных органоидов, оказывались бесполезными для сохранения функциональности нейронных сетей.
Обратите внимание: Российские ученые открыли новый вид цианобактерий на Шпицбергене.
Секрет успеха: коктейль MEDY
Прорыв совершила команда из Университета Фудань в Китае. Ученые предложили принципиально новый подход: предварительное замачивание органоидов мозга в специально разработанном защитном растворе перед помещением в жидкий азот. Этот метод позволил сохранить крупные и разнородные клеточные кластеры, моделирующие кору головного мозга, с минимальными потерями. После оттаивания органоиды не только сохраняли свою структуру, но и продолжали нормально функционировать.
Поиск идеальной формулы и удивительные результаты
Для создания эффективного криопротектора исследователи провели масштабный скрининг различных химических соединений. Они искали компоненты, которые могли бы выполнять несколько задач одновременно: защищать морфологию клеток при оттаивании, снижать гибель нейронов и стимулировать последующий рост нейритов — аксонов и дендритов, формирующих нейронные связи. В итоге в арсенал вошли такие вещества, как метилцеллюлоза, этиленгликоль, поливинилпирролидон, трегалоза и другие сахара, а также аминокислота пролин.
Эксперименты начались с 21-дневных органоидов мозга, выращенных из человеческих эмбриональных стволовых клеток — к этому сроку в них уже формируются нейрональные предшественники и первые функциональные нейроны. Образцы погружали в различные комбинации растворов, замораживали в жидком азоте на сутки, а затем быстро оттаивали. После множества тестов и циклов заморозки-оттаивания была выявлена наиболее эффективная формула, получившая название MEDY — по первым буквам ключевых компонентов: метилцеллюлозы, этиленгликоля, диметилсульфоксида и вещества Y27632.
Эффективность MEDY была проверена на различных типах органоидов, моделирующих разные регионы центральной нервной системы: от переднего мозга и спинного мозга до зрительного нерва. Тестировали образцы разного возраста (от 1 до 3 месяцев) и с разной длительностью предварительной обработки. Особое внимание уделили органоидам, созданным из клеток пациентов с эпилепсией.
Результаты превзошли ожидания. После оттаивания органоиды демонстрировали функциональность, сравнимую с никогда не замороженными контрольными образцами. Клеточные кластеры оставались жизнеспособными и активными даже после 18 месяцев криогенного хранения и продолжали расти и развиваться в культуре на протяжении последующих 150 дней.
Важнейшим открытием стало то, что органоиды, моделирующие заболевание (эпилепсию), сохраняли свои патологические особенности и после разморозки. Глубокий транскриптомный анализ показал, что раствор MEDY эффективно защищает синаптические функции нейронов и подавляет клеточный путь апоптоза (запрограммированной гибели), который обычно активируется при стрессе, связанном с заморозкой.
Перспективы для науки и медицины
Ученые уверены, что их метод можно масштабировать для работы с более крупными образцами живой мозговой ткани. Это открывает беспрецедентные возможности для нейробиологических исследований. «MEDY позволит безопасно и в больших масштабах сохранять разнообразные нервные органоиды и живые ткани мозга, что будет способствовать масштабным научным проектам, медицинским применениям и открытию новых лекарств», — отмечают авторы в своей статье, опубликованной в журнале Cell Reports Methods.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Исследователи разработали MEDY - новый химический коктейль, позволяющий замораживать и размораживать ткани мозга, не повреждая их.