Прорыв в использовании стволовых клеток позволил получить двигательные нейроны заднего мозга человека

Исследователи получили функциональные двигательные нейроны заднего мозга человека из стволовых клеток после выявления ранее не замеченного разделения на раннем этапе развития мозга. Это достижение может дать учёным возможность изучать нервные клетки, участвующие в глотании, движениях лица и дыхании, — функциях, которые постепенно утрачиваются при спинальной мышечной атрофии и боковом амиотрофическом склерозе.

Как сообщает SciTechDaily, команда под руководством Stanford Medicine проследила происхождение этих клеток до отдельного эмбрионального пути, вместо того чтобы пытаться преобразовать клетки-предшественники, которым суждено было сформировать другие отделы мозга. Результаты опубликованы в журнале Nature Neuroscience 18 сентября 2026 года.

Выращенные в лаборатории нейроны генерировали потенциалы действия — электрические импульсы, с помощью которых нервные клетки обмениваются сигналами. Они также вырабатывали белки, связанные с областями заднего мозга, управляющими мышцами лица и горла, что указывает на приобретение клетками ключевых особенностей их естественных аналогов.

Отдельный путь к заднему мозгу

Исследователи начали с плюрипотентных стволовых клеток человека, которые могут развиваться во множество различных типов клеток. Чтобы понять, как направить их к формированию заднего мозга, аспиранты Райян Джокхай и Кэролин Дандес изучили гаструляцию — раннюю фазу эмбрионального развития, во время которой формируется основная структура организма.

На протяжении большей части современной биологии развития учёные полагали, что передний, средний и задний мозг возникают из единой общей популяции клеток-предшественников. Работа команды из Стэнфорда ставит эту модель под сомнение. В развивающихся эмбрионах мышей исследователи обнаружили вместо этого две непересекающиеся группы.

Клетки, несущие ген Otx2, развивались в передний и средний мозг. Отдельная популяция, отмеченная геном Gbx2, формировала задний мозг. Эти две группы уже различались на самых ранних изученных стадиях: клетки, формирующие задний мозг, развивались рядом с клетками, из которых возникала передняя часть мозга, а не происходили от них.

Различие было также заметно в хроматине — молекулярной упаковке, которая регулирует, какие участки ДНК доступны для использования. Эмбриональная ткань, дающая начало переднему и среднему мозгу, имела иную организацию хроматина, чем ткань, формирующая задний мозг. Это различие помогает объяснить, почему более ранние попытки вырастить нейроны заднего мозга были безуспешными: они начинались с клеток-предшественников, уже запрограммированных на другой путь развития.

Следуя пути, связанному с Gbx2, команда смогла получить в лаборатории нужные человеческие нейроны. Доступ к таким клеткам важен, поскольку ткань ствола мозга нельзя извлечь у живых пациентов, и исследователи располагают ограниченными возможностями наблюдать за тем, как заболевание повреждает эти уязвимые нейроны.

Значение для СМА и БАС

СМА — одна из основных наследственных причин смерти в течение первого года жизни. БАС чаще всего диагностируют в возрасте от 40 до 70 лет; заболевание может повреждать двигательные нейроны как заднего, так и переднего мозга. Хотя эти болезни различаются, обе могут постепенно нарушать работу клеток заднего мозга, координирующих глотание и дыхание.

Когда глотание нарушается, пища или жидкость могут попасть в лёгкие и привести к пневмонии. По мере прогрессирования заболевания пациенты также могут утратить способность дышать самостоятельно. Модель на основе человеческих клеток позволит исследователям изучать самые ранние изменения в поражённых нейронах, тестировать потенциальные методы лечения и выяснять, можно ли заменить или восстановить повреждённые клетки.

Исследователи планируют точно изучить, как СМА и БАС повреждают двигательные нейроны заднего мозга. Они также намерены исследовать происхождение спинного мозга в процессе развития. Работа может иметь значение и за пределами заболеваний двигательных нейронов, поскольку задний мозг помогает регулировать чувство голода и содержит нервные цепи, на которые воздействуют такие препараты для снижения веса, как семаглутид.

Свидетельства глубокой истории мозга

Открытие, связанное с развитием, также вызвало эволюционный вопрос: если передняя и задняя части мозга возникают из отдельных эмбриональных популяций, не могут ли они представлять собой древние нервные системы, которые позднее объединились?

Команда обнаружила признаки той же модели с двумя источниками у кур, данио-рерио и кишечнодышащих, опираясь на более чем 550 миллионов лет эволюционной истории. Кишечнодышащие — дальние родственники человека. У медуз, чья линия отделилась от человеческой примерно 600–700 миллионов лет назад, нервные системы расположены на противоположных концах тела.

Исследователи рассматривают эти сравнения как свидетельство того, что современный мозг может объединять две более древние нервные системы, развивавшиеся независимо, а затем соединённые друг с другом. В результате возник единый орган, передняя и задняя части которого теперь тесно работают как одно целое, сохраняя при этом разные основы развития.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом, Калифорнийским институтом регенеративной медицины, а также рядом академических, благотворительных и биомедицинских организаций, включая Фонд спинальной мышечной атрофии и Медицинский институт Говарда Хьюза.