Астроциты в 3D-сети: как микрожидкостный чип помогает изучать мозг

Астроциты — самые многочисленные клетки в центральной нервной системе. Они поддерживают работу нейронов, участвуют в воспалении и образуют трёхмерную сеть, через которую общаются друг с другом с помощью волн кальция (Ca2+). Если эта сеть нарушается, страдает и мозг.

Однако изучать такие сети в лаборатории сложно: обычные плоские культуры клеток не воспроизводят трёхмерную структуру. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали микрожидкостную платформу — устройство размером с чип, в котором можно создавать локальные изменения химической среды вокруг сети астроцитов.

Оказалось, что состав внеклеточного матрикса (вещества, окружающего клетки) критически важен для формирования сети. В оптимальных условиях полностью связанная сеть астроцитов образовывалась за 48 часов. Когда на часть сети кратковременно воздействовали активными формами кислорода (ROS — агрессивные молекулы, повреждающие клетки), сеть разрушалась надолго. В клетках падал восстановительный потенциал и нарушалась структура митохондрий — они становились фрагментированными. Также сразу нарушались кальциевые сигналы.

Интересно, что даже после кратковременного воздействия повреждения сохранялись: отдельные астроциты продолжали иметь фрагментированные митохондрии и нарушения кальциевой сигнализации. Это показывает, что временные изменения химической среды могут приводить к долгосрочным последствиям для поведения астроцитов.

Работа выполнена на клетках в лабораторных условиях, поэтому результаты нельзя напрямую переносить на людей. Однако такая платформа может помочь в будущем изучать нейровоспаление и нейродегенеративные заболевания.