Учёные НИУ «БелГУ» предложили эффективный способ выращивания клеток головного мозга

Международный коллектив учёных НИУ «БелГУ» и Колледжа биологических и поведенческих наук Лондонского университета Королевы Марии разработал способ выращивания первичной смешанной культуры нейронов гиппокампа у 18-ти дневного эмбриона и новорожденного мелкого грызуна.

Работа велась в рамках программы Научно-образовательного центра мирового уровня «Инновационные решения в АПК» на базе Объединенного центра генетических технологий НИУ «БелГУ». Перед исследователями стояла задача - научиться выращивать клетки головного мозга для научных поисков и экспериментов в клинической фармакологии.

Как отметила руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории генетических технологий и генного редактирования для биомедицины и ветеринарии, доктор биологических наук Марина Скоркина, предложенный способ, на который получен патент, позволяет выявлять нарушения в работе митохондрий, участвующих в клеточном дыхании, и подбирать правильные условия для выращивания нейронов уже на начальных этапах дифференцировки клеток. Для выращивания клеток учёные использовали культуральные микропланшеты для анализатора клеточного метаболизма, что позволяет в режиме реального времени проводить измерения степени поглощения кислорода и степени закисления среды, оценивая тем самым митохондриальную функцию в живых клетках.

Учёным удалось разработать способ, который позволяет культивировать первичную смешанную культуру нейронов из различных отделов головного мозга и проследить изменение биоэнергетики клетки, как в норме, так и при воздействии различных фармакологических субстанций (нейропротекторов, нейротоксинов и т. п.) за счёт измерения параметров митоходриального дыхания нейронов в культуре in vitro. Такой подход позволяет выявлять раннюю дисфункцию митохондрий на начальных этапах дифференцировки клеток и решать важную научно-практическую задачу, связанную с подбором условий культивирования нейронов в условиях ограниченного пространства, кроме того, тестировать на функционально пригодной культуре нейронов различные фармакологические субстанции, существенно изменяющие митохондриальную активность клетки.

Для выращивания нейронов учёные предложили использовать чередование высоко и никзосывороточной питательной среды, на которой культивируют клетки. Это позволило избежать краевого нарастания глиальной клетки (вспомогательные клетки нервной ткани) и быстрого закисления культуры. Кроме того, разработанный способ позволяет получить объективные данные об изменении биоэнергетического потенциала и работы митохондрий в культуре на различные сроки дифференцировки в культуре, так как после каждого измерения митохондриального дыхания аналитическую среду заменяют сначала на высокосывороточную среду, а через сутки – на низкосывороточную. В результате клетки продолжают расти в тех же самых культуральных планшетах, формировать синаптические окончания и нейрональные сети.

- Чередование культуральной среды позволяет подавлять рост глии без внесения соединений, угнетающих процессы деления клеток. Таким образом сохраняется баланс между ростом глии и формированием нейронной сети. Такой способ позволяет измерять базовое митохондриальное дыхание на 2-е, 5-е, 8-е и 11-е сутки дифференцировки культуры, - рассказал о преимуществах технологии директор Объединенного центра генетических технологий, кандидат биологических наук Алексей Дейкин.

Технология универсальна и даёт возможность выращивать как эмбриональную культуру нейронов, так и постнатальную. В отличие от известных ранее, этот способ технически прост, позволяет осуществлять манипуляции с культурами нейронов, полученных как от эмбрионов, так и новорожденных мелких грызунов, а на ранних стадиях - выявлять функционально неполноценные клетки и не использовать их в работе, экономя тем самым среды и реактивы для культуральных работ.

Инновационный способ может быть использован в молекулярно-клеточной физиологии, биохимии и клинической фармакологии для тестирования степени воздействия нейротоксинов или нейропротекторов на интенсивность различных звеньев клеточного дыхания, а в дальнейшем эффективно применяться при проведении скрининговых доклинических исследований. Разработка внесёт значимый вклад в трансфер современных клеточных технологий для решения прорывных научных задач в поиске путей нейропротекции.