Учёные из Рочестерского университета разработали передовые микрочиповые системы, содержащие человеческие ткани. Этот технологический прорыв позволяет исследователям детально изучать работу человеческого мозга — как в нормальных, здоровых условиях, так и при патологических изменениях. В частности, внимание сосредоточено на том, как мозг повреждается при различных заболеваниях и процессах, таких как острая воспалительная реакция, инфекция или хронические нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера).
Главная цель этой инновации — заменить эксперименты на животных и сделать результаты максимально точными для человеческого организма. Технология способствует лучшему пониманию гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) — критически важной границы, которая защищает мозг от токсинов, циркулирующих в крови. Повреждение этого барьера является отправной точкой для множества неврологических проблем, поэтому крайне важно понять его функционирование, чтобы можно было изучать прогрессирование заболеваний в контролируемой и реалистичной среде.
Под руководством профессора Джеймса Макгратха исследовательская группа разработала эти микрочипы, которые моделируют взаимодействия, происходящие между различными типами человеческих тканей.
Исследование было сосредоточено на определении механизмов, с помощью которых мозг реагирует на чрезвычайно сильные иммунные ответы, в частности на цитокиновый шторм. Цитокиновый шторм — это опасное для жизни состояние, вызванное неконтролируемой, чрезмерной активацией иммунной системы, часто возникающее при тяжёлых инфекциях (например, сепсисе) или сложных хирургических вмешательствах.
Результаты, опубликованные в журнале Advanced Science, показали, что воспаление может повреждать гематоэнцефалический барьер, позволяя воспалительным молекулам проникать в ткань мозга и вызывать повреждение клеток. Однако учёные также установили, что естественный кровоток способствует укреплению барьера.
Исследовательская группа планирует расширить модели микрочипов и интегрировать дополнительные компоненты мозга, в частности микроглию. Микроглия — это иммунные клетки мозга, которые играют ключевую роль в поддержании здоровья нейронов.
Усовершенствованные модели будут служить двум основным целям: их можно будет использовать для тестирования эффективности новых нейропротекторных терапий, а также для выявления пациентов с наибольшим риском развития воспалительно-индуцированных повреждений мозга.
В будущем эта технология создаст основу для персонализированной медицины, так как станет возможным индивидуальное создание чипов, имитирующих мозговую ткань конкретного пациента. Это позволит учёным оценивать безопасность и токсичность лекарств до проведения серьёзных вмешательств, таких как крупные операции или химиотерапия.
Второе исследование, опубликованное в журнале Materials Today Bio, было посвящено функции перицитов — клеток, поддерживающих целостность гематоэнцефалического барьера. Учёные установили, что перициты способны восстанавливать структурные дефекты стенок кровеносных сосудов, создавая волокнистую сеть, обеспечивающую стабилизацию барьера. Это открытие важно, поскольку открывает путь к разработке терапий, направленных на сохранение или восстановление перицитов при нейродегенеративных заболеваниях.
Оба исследования в совокупности представляют собой значительный шаг на пути к созданию более безопасных и точных методов изучения человеческого мозга.
