Нове дослідження проливає світло на надзвичайно важливу роль імунних клітин у людському мозку, які, як виявилося, можуть керувати його розвитком ще в утробі матері. Ці клітини, що відповідають за захист організму, здатні спричинити значне збільшення кількості певного типу нервових клітин, що є життєво необхідними для нашої унікальної когнітивної діяльності.
Згідно з оцінками, так звані гальмівні інтернейрони становлять від 25% до 50% усіх нейронів у корі головного мозку дорослої людини. Кора головного мозку – це зовнішній звивистий шар головного мозку, відповідальний за вищі функції, такі як мислення, пам’ять та свідомість. Примітно, що людська кора містить більш ніж удвічі більше інтернейронів, ніж кора миші, що підкреслює їхнє особливе значення для нашого виду.
Ці інтернейрони виконують функцію посередників, передаючи сигнали між іншими клітинами мозку та регулюючи їхню активність за допомогою хімічного месенджера, відомого як ГАМК (гамма-аміномасляна кислота). ГАМК є основним “гальмівним” передавачем у мозку, вона знижує активність нейронів, роблячи їх менш схильними до збудження, таким чином урівноважуючи “збуджуючі” сигнали, що, навпаки, посилюють мозкову діяльність. Порушення в роботі інтернейронів пов’язують з низкою серйозних розладів, зокрема з епілепсією — хронічним неврологічним захворюванням, що характеризується повторюваними нападами, аутизмом — розладом розвитку, що впливає на соціальну взаємодію та комунікацію, та шизофренією — психічним розладом, що спотворює мислення та сприйняття реальності.
У новому дослідженні, опублікованому 6 серпня в авторитетному науковому журналі Nature, науковці виявили силу, яка спонукає інтернейрони до розмноження в мозку людини, що розвивається, і припускають, що це явище може бути унікальним для нашого виду. “Саме тому ми не можемо використовувати традиційні моделі на тваринах”, – пояснив Live Science співавтор дослідження Дянькунь Ю, молодший науковий співробітник з педіатрії в Університеті Каліфорнії, Сан-Франциско (UCSF). UCSF — це провідний американський університет, що спеціалізується на медичних науках. Щоб розкрити цей механізм, який, можливо, розгортається лише в людському мозку, дослідники розробили органоїд — мініатюрну тривимірну структуру, вирощену зі стовбурових клітин, що імітує повнорозмірну структуру, яка знаходиться в людському тілі.
Роль імунних клітин у формуванні мозку
Попередні дослідження на лабораторних тваринах вже вказували на зв’язок між активацією імунної системи матері під час вагітності та меншою кількістю інтернейронів у корі мозку їхнього потомства порівняно з потомством, яке не зазнавало імунного збурення. Така активація може бути спричинена, наприклад, вірусною або бактеріальною інфекцією. Автори нинішнього дослідження детальніше вивчили це явище у своїх попередніх роботах на лабораторних мишах, де вони визначили визначального гравця у цьому зв’язку: мікроглії, які є резидентними імунними клітинами мозку. Мікроглії — це тип гліальних клітин, що виконують захисні функції у центральній нервовій системі, по суті, є імунною системою мозку.
Як зазначила Live Science співавторка дослідження доктор Сяньхуа П’яо, лікар-науковець, що спеціалізується на неонатології та нейробіології розвитку в UCSF, протягом останніх п’яти років вчені почали усвідомлювати, як імунна та нервова системи розвиваються паралельно. “Мікроглії справді точно налаштовують та регулюють розвиток нервової системи”, – сказала вона щодо висновків нового дослідження. “Це додає новий вимір до розуміння того, як мікроглії виконують свою функцію”.
Команда спиралася на попередні роботи інших дослідницьких груп для розробки своїх органоїдів, які імітували визначальну структуру у фетальному мозку, з якої походить багато кортикальних інтернейронів. Ця структура є тимчасовою, з’являючись приблизно на восьмому тижні вагітності у людини та зникаючи приблизно через вісім місяців після народження, пояснила П’яо. Дослідники знайшли спосіб інтегрувати мікроглії в цю модель, чого раніше не вдавалося зробити.
Унікальний людський механізм
Науковці виявили, що мікроглії в їхніх органоїдах були основним джерелом інсуліноподібного фактора росту 1 (IGF1) у мініатюрних мозках, що розвиваються, і ця речовина сприяла значному збільшенню інтернейронів, яке спостерігається на ранніх стадіях розвитку. IGF1 – це гормон, який відіграє вирішальну роль у рості та розвитку клітин організму.
Коли команда перевірила, що станеться, якщо різними способами вимкнути сигналізацію IGF1, вони виявили, що це блокує швидке збільшення кількості інтернейронів. Однак, “коли ми видалили цей ген у мікрогліях у моделі миші, ми не побачили жодних змін”, – зазначила П’яо. Це свідчить про те, що цей ланцюжок подій, запущений IGF1, виробленим мікрогліями, може бути унікальним для людини.
“Ці відкриття вказують на еволюційну адаптацію функції мікроглії для підтримки підвищеної потреби в інтернейронах у корі головного мозку людини”, – написали дослідники у своєму звіті. Коротко кажучи, це відкриття натякає на особливість людської еволюції, яка може допомогти пояснити наші унікальні пізнавальні здібності.
Проте, варто зазначити, що органоїди не є точними копіями людського мозку, тому існують обмеження щодо того, що ці тривимірні моделі можуть нам розповісти. “Наразі модель достатньо добра, особливо для стадії проліферації, дуже ранньої стадії” розвитку, – сказав Ю. Але наразі ці органоїди не дуже добре відтворюють пізніші стадії розвитку мозку, зазначив він. Вони також не відображають активності на рівні ланцюгів у мозку, зауважила П’яо, показуючи лише активність у менших, ізольованих структурах.
Майбутні дослідження могли б допомогти подальше прояснити цю раніше невідому роль імунних клітин у мозку, додала вона.
