Naukowcy hodują ludzkie tkanki mózgowe 3D

Naukowcy z Instytutu Biotechnologii Molekularnej w Wiedniu w Austrii wyhodowali trójwymiarowe tkanki ludzkiego mózgu z komórek macierzystych. Tkanki tworzą odrębne struktury widoczne w rozwijającym się mózgu.

Mini mózg: Organoid pochodzący z komórek macierzystych zawiera różne regiony mózgu. Zielony pokazuje neurony, a różowy/czerwony pokazuje neuronalne komórki macierzyste.

Naukowcy z Wiednia odkryli, że niedojrzałe komórki mózgowe pochodzące z komórek macierzystych samoorganizują się w tkanki podobne do mózgu w odpowiednich warunkach hodowli. Organoidy mózgowe, jak nazywają je naukowcy, urosły do ​​około czterech milimetrów i mogły przetrwać nawet 10 miesięcy. Przez dziesięciolecia naukowcy byli w stanie pobierać komórki od zwierząt, w tym od ludzi, i hodować je na szalkach Petriego, ale w większości odbywało się to w dwóch wymiarach, z komórkami hodowanymi cienką warstwą na szalkach Petriego. Jednak w ostatnich latach naukowcy opracowali zaawansowane techniki hodowli tkankowej, dzięki którym trójwymiarowa tkanka mózgowa może rosnąć w laboratorium. Nowy raport austriackiego zespołu pokazuje, że umożliwienie niedojrzałym komórkom mózgowym samoorganizacji daje jedne z największych i najbardziej złożonych tkanek mózgowych wyhodowanych w laboratorium, z wyraźnymi podregionami i oznakami funkcjonalnych neuronów.

ten Praca , opublikowane w Natura w środę jest najnowszym postępem w dziedzinie skoncentrowanej na tworzeniu bardziej realistycznych kultur tkankowych neuronów i powiązanych komórek do badania funkcji mózgu, chorób i naprawy. Dzięki systemowi modelowania komórek hodowlanych, który naśladuje naturalną architekturę mózgu, naukowcy będą mogli przyjrzeć się, w jaki sposób pojawiają się określone choroby i badać potencjalne leki pod kątem toksyczności i skuteczności w bardziej naturalnym środowisku. Anja Kunze , neuroinżynier z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, który opracował trójwymiarowe kultury tkanki mózgowej do badania choroby Alzheimera.

Austriaccy naukowcy namówili wyhodowane neurony, aby przyjęły trójwymiarową organizację przy użyciu przyjaznych komórkom materiałów rusztowania w kulturach. Zespół pozwolił również prekursorom neuronów kontrolować swój los. Komórki macierzyste mają niesamowitą zdolność do samoorganizacji, powiedziała pierwsza autorka badania Madeline Lancaster podczas briefingu prasowego we wtorek. Inne grupy również ostatnio odniosły sukces w umożliwieniu komórkom progenitorowym samoorganizacji, co doprowadziło do doniesień o prymitywnych strukturach oka, zawiązkach wątroby i nie tylko (zob. Rosnące gałki oczne i Podstawy wątroby wyhodowane z komórek macierzystych).

Tkanka mózgowa utworzyła odrębne obszary znajdujące się we wczesnym rozwijającym się ludzkim mózgu, w tym obszary przypominające części kory mózgowej, siatkówkę i struktury wytwarzające płyn mózgowo-rdzeniowy. Na briefingu prasowym starszy autor Juergen Knoblich powiedział, że chociaż było wiele prób modelowania ludzkiej tkanki mózgowej w kulturze wykorzystującej ludzkie komórki, złożony ludzki narząd okazał się trudny do zreplikowania. Knoblich mówi, że protomózg przypomina stadium rozwojowe mózgu dziewięciotygodniowego płodu.

Podczas gdy grupa Knoblicha koncentruje się na kwestiach rozwojowych, inne grupy opracowują trójwymiarowe kultury tkanki mózgowej z nadzieją na leczenie chorób zwyrodnieniowych lub urazów mózgu. Grupa z Georgia Institute of Technology opracowała trójwymiarową kulturę neuronową do badania uszkodzeń mózgu w celu zidentyfikowania biomarkerów, które mogłyby być wykorzystane do diagnozowania uszkodzenia mózgu i potencjalnych celów leków dla leków, które mogą naprawić uszkodzone neurony. Ważne jest, aby w jak największym stopniu naśladować architekturę komórkową mózgu, ponieważ mechaniczna odpowiedź tej tkanki jest bardzo zależna od jej struktury trójwymiarowej, mówi inżynier biomedyczny. Michelle LaPlaca Georgia Tech. Fizyczne obrażenia komórek w trójwymiarowej kulturze będą kładły nacisk na połączenia między komórkami a materiałem podtrzymującym znanym jako macierz zewnątrzkomórkowa, mówi.

Inni badacze opracowują trójwymiarowe kultury tkanki mózgowej, aby zmierzyć się z podstawowymi pytaniami o działanie mózgu. Utkan Demirci , inżynier biomedyczny w Harvard Medical School i 2006 Przegląd technologii MIT Innovator Under 35 , poinformował na początku tego roku, że techniki mikrowytwarzania umożliwiły jego grupie skonstruowanie trójwymiarowych kultur neuronów. Laboratorium Demirci używa teraz nagrań elektrycznych i innych badań funkcjonalnych, aby wykazać, że między neuronami występuje aktywność synaptyczna. Kiedy hodujesz te komórki w trzech wymiarach, ramiona neuronów mogą rozciągać się tak, jak w tkankach natywnych i budować obwód, mówi. Gdy pokażemy, że są funkcjonalne, możemy przeprowadzić z nimi wiele interesujących badań, w tym badania mapowania mózgu.

Po potwierdzeniu sukcesu swoich metod z mysimi komórkami macierzystymi, Knoblich, Lancaster i współpracownicy wykorzystali te metody do zbadania genetycznej choroby rozwojowej człowieka, która powoduje małogłowie, stan, w którym rozmiar mózgu jest znacznie zmniejszony i wiąże się z poważnymi zaburzeniami poznawczymi. Zespół współpracował z neurologiem dziecięcym, aby uzyskać komórki skóry od pacjenta z małogłowiem. Z tych komórek zespół stworzył indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (patrz TR10: Engineered Stem Cells ). Następnie naukowcy przeprogramowali genetycznie te komórki na prymitywne neurony i w kilku krokach wyhodowali je w organoidie mózgowym, w którym byli w stanie zebrać wskazówki dotyczące pochodzenia choroby.

W przyszłości zespół chciałby wykorzystać system tkanki mózgowej do badania schizofrenii i autyzmu – zaburzeń poznawczych, które zwykle diagnozuje się u nastolatków lub dorosłych, ale uważa się, że rozpoczynają się we wczesnym rozwoju mózgu.

ukryć