Science. 2018 Nov 16;362(6416):eaau1810. doi: 10.1126/science.aau1810.

In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome.

Real R^1,2,3, Peter M⁴, Trabalza A^1,3, Khan S^1,3, Smith MA^1,3, Dopp J¹, Barnes SJ⁵, Momoh A⁴, Strano A⁴, Volpi E⁶, Knott G⁷, Livesey FJ^8,9, De Paola V^10,3.

¹ Institute of Clinical Sciences, Faculty of Medicine, Imperial College London, London, UK.

² Graduate Program in Areas of Basic and Applied Biology, Instituto de Ciencias Biomedicas Abel Salazar, Universidade do Porto, 4050-313 Porto, Portugal.

³ Medical Research Council London Institute of Medical Sciences, London W12 0NN, UK.

⁴ Gurdon Institute and ARUK Stem Cell Research Centre, University of Cambridge, Tennis Court Rd., Cambridge CB2 1QN, UK.

⁵ UK Dementia Research Institute, Division of Brain Sciences, Faculty of Medicine, Imperial College London, London W12 0NN, UK.

⁶ University of Westminster, 115 New Cavendish St., London W1W 6UW, UK.

⁷ EPFL, Lausanne CH-1015, Switzerland.

⁸ Gurdon Institute and ARUK Stem Cell Research Centre, University of Cambridge, Tennis Court Rd., Cambridge CB2 1QN, UK. vincenzo.depaola@imperial.ac.uk r.livesey@ucl.ac.uk.

⁹ UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, 30 Guilford St., London WC1N 1EH, UK.

¹⁰ Institute of Clinical Sciences, Faculty of Medicine, Imperial College London, London, UK.

Существует необходимость изучения особенностей нейронных сетей мозга человека в динамике при различных специфических заболеваниях. Модели заболеваний на животных не учитывают генетических особенностей человека. Клеточный анализ человеческой мозговой ткани ограничен, как правило, посмертным материалом, что не дает возможности наблюдать за динамикой различных процессов в этой ткани. Возможности использования для этих целей нейронов, полученных из человеческих стволовых клеток, ограничены отсутствием необходимых взаимодействий с глиальными клетками и кровотоком в таких клеточных культурах. Авторы данной работы предлагают новый подход, связанный с трансплантацией нейронов, полученных из человеческих стволовых клеток, в мозг мышей. Было установлено, что нейроны, полученные из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, трансплантированные в кору взрослой мыши организуются в крупные (до 100 мм³) кровоснабжаемые нейронно-глиальные территории со сложной цитоархитектоникой. Долговременная регистрация более 4 тысяч трансплантированных развивающихся человеческих нейронов показала ряд событий. А именно, нейронные ветвления истончались за счет ретракции специфических отростков, человеческие синаптические контакты реструктурировались (сбалансировано формировались новые и элиминировались существующие) за четырехмесячный период, а осцилляторные паттерны популяционной активности нейронов были похожи на наблюдаемые у нейронных сетей зародыша человека. Также было обнаружено, что трансплантаты от двух зародышей с синдромом Дауна обладают отличающимися свойствами (по сравнению с зародышами без такого заболевания): повышенной синаптической стабильностью и сниженной выраженностью осцилляций. Таким образом, авторами была разработана система для воссоздания сложной клеточной динамики живого мозга. Обнаруженные эффекты демонстрируют потенциальную возможность использования трансплантатов человеческой ткани для наблюдения и моделирования развития корковых структур, физиологии и патогенеза при различных специфических заболеваниях.