Wyhodowane w laboratorium mini-mózgi powodują etyczny wzrost

Pisanie w bieżącym internetowym numerze czasopisma Komórki macierzyste i rozwój, naukowcy z University of California San Diego School of Medicine opisują rozwój szybkiej, opłacalnej metody tworzenia ludzkich organoidów korowych bezpośrednio z komórek pierwotnych.

Badania eksperymentalne rozwoju funkcji ludzkiego mózgu są ograniczone. Badania z udziałem żywych embrionów są ograniczone względami etycznymi i delikatną naturą samego mózgu. Modele zwierzęce tylko częściowo naśladują lub podsumowują biologię człowieka i funkcje poznawcze. Badania nad pojedynczymi komórkami nie wychwytują złożoności sieci neuronowych.

W ostatnich latach rozwój in vitro ludzkie organoidy - trójwymiarowe, zminiaturyzowane, uproszczone wersje organu wyprodukowanego z przeprogramowanych komórek macierzystych - umożliwiły naukowcom bardziej realistyczne i szczegółowe badanie funkcji biologicznych, chorób i metod leczenia.

„Dotyczy to również mózgu” - mówi dr Alysson R. Muotri, profesor na wydziałach pediatrii oraz medycyny komórkowej i molekularnej UC San Diego School of Medicine, dyrektor Programu komórek macierzystych UC San Diego i członek Konsorcjum Sanford dla medycyny regeneracyjnej. „Organoidy mózgowe mogą tworzyć różne obszary mózgu. Wykazują neurony, które są funkcjonalne i zdolne do wzbudzenia elektrycznego. Przypominają rozwój kory ludzkiej na poziomach ekspresji genów. ”

Muotri jest jednym z liderów w tej dziedzinie, wykorzystując podejście „mózg w naczyniu”, aby dostarczyć pierwszy bezpośredni eksperymentalny dowód na to, że wirus Zika może powodować poważne wady wrodzone, aby zmienić przeznaczenie istniejących leków przeciw HIV na rzadkie, odziedziczone zaburzenie neurologiczne i tworzyć Neandertaliczne „mini-mózgi”.

Ale organoidy ludzkiego mózgu są trudne, czasochłonne i kosztowne w produkcji, wymagające wyrafinowanych narzędzi i wiedzy, aby najpierw wygenerować indukowane przez człowieka pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) zdolne do przekształcenia się w niemal każdy rodzaj komórek z komórek skóry, zwanych fibroblastami, a następnie kierowania te iPSC do różnicowania w różnorodne typy połączonych komórek, które zawierają narząd taki jak mózg.

W nowym artykule starszy autor Muotri i współpracownicy opisują nową, szybką i opłacalną metodę przeprogramowania poszczególnych komórek somatycznych bezpośrednio w koroidalne organoidy od setek osób jednocześnie. W tym celu skompresowali i zoptymalizowali kilka etapów procesu, tak że komórki somatyczne są przeprogramowywane, rozszerzane i stymulowane do niemal równoczesnego tworzenia komórek korowych. Wynikiem jest koroidalny organoid, który w pełni rozwija się z komórek somatycznych przy niewielkiej manipulacji, powiedział Muotri.

„To, co zrobiliśmy, to ustanowienie protokołu sprawdzającego zasady dla systematycznego, zautomatyzowanego procesu generowania dużej liczby organoidów mózgowych” - powiedział Muotri. „Potencjalne zastosowania są ogromne, w tym tworzenie dużych repozytoriów organoidów mózgowych i odkrycie przyczynowych wariantów genetycznych dla ludzkich chorób neurologicznych związanych z kilkoma mutacjami o nieznanym znaczeniu, takimi jak zaburzenia ze spektrum autyzmu. Jeśli chcemy zrozumieć zmienność ludzkiego poznania, to jest pierwszy krok ”.