Карл Циммер - Живое и неживое. В поисках определения жизни

«Появились, да еще какие!» – сказал мне Муотри.

Вирус Зика тут же разрушал клетки-предшественницы у незрелых органоидов. Без этих клеток органоид оказывался неспособен выпустить канатики и начать формирование коры. Опыты позволили установить, что вирус Зика не убивает кору мозга, а просто изначально не дает ей сформироваться. Как только ученые определили, в чем состоит разрушительное воздействие вируса, они смогли создать лекарства, блокирующие его. Затем последовали испытания этих лекарств на животных, чтобы проверить, смогут ли они защитить мозг от повреждений.

Пошла молва, что Муотри тысячами выращивает суррогаты мозгов. К нему запросились аспиранты и молодые специалисты. Когда они поступали в лабораторию, им приходилось несколько месяцев обучаться у Трухильо сложному искусству создания органоидов. Я попросил аспиранта Седрика Снетледжа рассказать, как проходила его подготовка. Чтобы получить органоид мозга, недостаточно установить предписанные протоколом нужные температуры и уровни pH, объяснил он. Снетледжу пришлось на каждом этапе учиться применять интуицию, например определять, на сколько нужно наклонить емкости, чтобы органоиды не прилипли ко дну. Я сказал Снетледжу, что он как будто рассказывает о кулинарных курсах.

«Если сравнивать с кулинарией, то это скорее похоже на то, как делают суфле, чем на то, как варят гуляш», – ответил он.

Снетледж хотел заниматься неврологическими заболеваниями, для этого-то он и учился выращивать органоиды. Другие аспиранты попали в лабораторию Муотри с целью разобраться, как сделать органоиды более похожими на мозг. Чтобы клетки мозга оставались здоровыми, нужны питательные вещества и много кислорода, а значит, тем, которые находятся в глубине органоида, может угрожать истощение. Поэтому одни студенты Муотри добавляли к органоидам новые клетки, способные развиться в трубочки наподобие артерий, другие же подсаживали иммунные клетки, чтобы посмотреть, не придадут ли те более естественные формы ответвлениям нейронов.

Тем временем Присцилла Негрес, жена Клебера Трухильо, прислушивалась к «разговорам», которые вели между собой клетки органоидов. Когда органоид мозга достигает возраста в несколько недель, его нейроны созревают, начиная порождать электрические импульсы. Эти импульсы могут проходить по аксону и вызывать такое же возбуждение в соседних нейронах. Негрес и ее коллеги сконструировали подслушивающее устройство, которое улавливало треск. На дне миниатюрных ячеек они разместили решетки электродов 8×8. Затем заполнили ячейки питательной средой и поместили поверх каждой матрицы по органоиду.

На компьютере у Негрес расшифровка данных с электродов имела вид сетки из 64 кружочков. Когда какой-нибудь электрод регистрировал возбуждение нейрона, соответствующий кружочек увеличивался и становился из желтого красным. Шли недели, кружочки росли и краснели все чаще, но Негрес никак не могла уловить в этих вспышках закономерности. Время от времени клетки органоидов возбуждались самопроизвольно, создавая неврологический шум.

Но, когда органоиды подросли, Негрес заметила, что в сигналах появилась некая упорядоченность. Порой несколько кружочков загорались красным одновременно. Потом все 64 электрода стали фиксировать сигналы в один и тот же момент. А затем Негрес удалось отследить, как они вспыхивают и гаснут волнообразно.

Неужели исследовательница и впрямь наблюдала развитие настоящих ритмов мозговой активности у органоидов? Очень хотелось бы, конечно, сравнить то, что она видела в своих ячейках, с развитием мозга человеческого эмбриона! Но наука еще не научилась отслеживать электрическую активность мозга внутриутробно. Максимум, что было доступно, – это изучать недоношенных младенцев, надевая на их головки величиной с апельсин миниатюрные шапочки с датчиками для ЭЭГ.

Для сравнительного изучения органоидов и мозга недоношенных детей Негрес и ее коллеги привлекли нейрофизиолога Брэдли Войтека из Калифорнийского университета в Сан-Диего и его аспиранта Ричарда Гао. У детей, рожденных на относительно ранних сроках беременности, с наименее развитым мозгом, фиксировались редкие вспышки волновых ритмов, разделенные длинными промежутками беспорядочной активности. У тех, кто родился ближе к положенному сроку, паузы были короче, а периоды волновой активности – дольше и более упорядочены. Органоиды в ходе созревания демонстрировали отчасти сходные тенденции. Когда у молодого органоида впервые проявлялись волновые ритмы, они возникали редкими всплесками. Но с течением времени, по мере его развития, ритмы становились более долгими и упорядоченными, а паузы укорачивались.