Ученые, изучающие влияние генетики на болезни мозга, давно искали лучшую экспериментальную модель. Культуры генетически модифицированных клеточных линий могут раскрыть некоторые ключи к разгадке того, как определенные гены влияют на развитие психических расстройств и рака мозга. Но такие модели не могут предложить точный взгляд на функции мозга, который может быть обеспечен генетически модифицированными мышами.
Даже в этом случае тщательное разведение мышей для изучения того, как гены влияют на мозг, имеет несколько недостатков. Циклы размножения являются длительными и дорогостоящими, а желаемая специфичность гена может быть подтверждена – но не гарантирована – только при рождении детенышей мыши.
В журнале Nature ученые из Бостонской детской больницы и Калифорнийского университета в Сан-Франциско описывают новый способ создания индивидуальных моделей мышей для изучения мозга. Во-первых, в эмбрионах мыши можно использовать природный токсин для уничтожения молодых клеток мозга, которые обычно растут в переднем мозге. Затем развивающийся передний мозг животных может быть восстановлен из генно-инженерных стволовых клеток, содержащих конкретные генетические модификации, необходимые для исследования.
Этот "замена переднего мозга" приводит к полностью функционирующим детенышам мышей с жестко контролируемой генетикой, что позволяет ученым изучать, как определенные гены влияют на нарушения в головном мозге, с большей степенью контроля.
"Мы думаем об этой стратегии как о совершенно новой платформе для нейробиологов для изучения многих аспектов мозга, от базовых знаний о том, какие гены контролируют развитие мозга, до потенциально новых генных методов лечения рака мозга и психических расстройств," говорит Фред Альт, Ph.D., соавтор новой статьи и директор Бостонской детской программы по клеточной и молекулярной медицине.
"Мыши с участками мозга, полученными из эмбриональных стволовых клеток, неотличимы от нормальных мышей в плане памяти и обучающих задач," отмечает Бьорн Швер, доктор медицины, Ph.D., бывший стажер в лаборатории Альт, который сейчас является доцентом в UCSF и соавтором статьи.
Альт и его команда, включая Швера, также публикуют подробный набор инструкций, чтобы ученые всего мира могли быстро внедрить эту технику в своих собственных лабораториях нейробиологии.
Изучение поломки гена и редких заболеваний головного мозга
Особая цель лаборатории Alt при разработке этого метода – использовать его в качестве платформы для изучения набора генов, которые, как они недавно обнаружили, очень чувствительны к взлому в клетках-предшественниках мозга мыши. Они хотят определить частоту и механизмы, с помощью которых эти гены могут сломаться, и определить, способствует ли этот процесс разрушения нервно-психическим заболеваниям и раку мозга.
Более того, Альт и Швер считают, что эту технику можно применить для помощи в персонализированной медицине. Создавая собственные модели мозга мышей, врачи-ученые могли имитировать уникальный генетический профиль недиагностированных пациентов с редкими заболеваниями и расстройствами мозга.