Mozak podseća na putnu mrežu: poput seoskih puteva, male veze povezuju susedne nervne ćelije, dok, poput autoputeva, debeli nervni snopovi povezuju različite regione mozga. Ovi debeli, u velikoj meri korišćeni nervni snopovi, koji na primer povezuju levu i desnu hemisferu mozga ili prednju i pozadinu mozga, do sada nisu eksperimentalno istraženi.
Istraživački tim koji je predvodio Jirgen Knoblich sa Instituta za molekularnu biotehnologiju (IMBA) Austrijske akademije nauka, u saradnji sa Gregorom Kasprianom i kolegama sa Medicinskog univerziteta u Beču, sada je uspeo da razvije organoidni model ovih nervnih snopova.
Oni izveštavaju o svojim nalazima u časopisu Cell Stem Cell.
Da bi modelirao dugotrajne, jako korišćene nervne snopove, istraživački tim je iskoristio znanje o retkom neurorazvojnom poremećaju, u kojem se ne razvija veza između leve i desne hemisfere mozga.
Corpus callosum, most između leve i desne strane u mozgu, posebno je korišćen informacioni autoput. Međutim, u veoma retkim slučajevima, ova veza se ne formira tokom razvoja. Ovo se može otkriti pre rođenja, u okviru ultrazvučnog skrininga oko 18. nedelje trudnoće.
„U takvim slučajevima, magnetna rezonanca fetusa (MRI) se može koristiti za dobijanje precizne slike fetalnog mozga, kao i nestalog corpus callosum i povezanih strukturnih nepravilnosti“, kaže neuroradiolog i koautor Gregor Kasprian.
U oko 10% slučajeva, mutacije u genu zvanom ARID1B su odgovorne za ovaj defekt. „Klinički, dobro je opisano da su mutacije u ARID1B povezane sa nedostatkom corpus callosum. Međutim, do sada se ništa nije znalo o molekularnim mehanizmima koji igraju ulogu u ovom defektu“, kaže Catarina Martins-Costa, iz studije. prvi autor, objašnjava.
Koristeći krvne ćelije dva pacijenta sa ARID1B mutacijama kao početni materijal, istraživači su proizveli matične ćelije, od kojih su zauzvrat razvili trodimenzionalne organoide mozga. Jedinstveno, ovi organoidi mozga takođe nose mutaciju u genu ARID1B. Ovo je omogućilo istraživačima da prouče kako ova mutacija utiče na razvoj nervnih projekcija dugog dometa – model za autoputeve mozga.
„Organoidi nam omogućavaju da pratimo sve korake u razvoju neurona i istražujemo ih direktno u ljudskim tkivima“, objašnjava Jirgen Knoblih. Da bi modelirao vezu između dve hemisfere mozga, istraživački tim je sarađivao sa Jošihom Ikeučijem sa Univerziteta u Tokiju.
Postavili su dva organoida mozga u 3D štampan kalup, u kojem su organoidi povezani mikrokanalom. Istraživači su primetili kako se dva organoida povezuju kroz svoje neuronske projekcije, takođe nazvane aksonima. Zaista, ARID1B mutacije su u velikoj meri uticale na povezivanje.
„Zdravi organoidi razvijaju organizovani snop aksona sa mnogo aksona koji se povezuju sa drugim organoidom. Organoidi koji sadrže ARID1B-mutaciju takođe razvijaju ove snopove, međutim, broj povezujućih aksona je daleko manji“, opisala je Nina Korsini, korespondent u studiji. autor.
Dalje istraživanje je pokazalo da je ekspresija gena promenjena u ARID1B-mutiranim neuronima, dodaje Martins-Costa. „Videli smo da su grupe gena odgovorne za sazrevanje neurona i generisanje aksona manje izražene, što objašnjava zašto mutantni kalosalni neuroni nisu u stanju da proizvode aksone dugog dometa za corpus callosum.
Organoidi mozga koji sadrže ARID1B mutaciju su stoga prvi model sa kojim se ove važne neuronske veze ljudskog mozga mogu detaljno proučavati. Ovaj razvoj je takođe veoma relevantan za klinička istraživanja, naglašava Knoblich.
„Naš sistem obezbeđuje inovativnu tehnologiju, koja se sada može koristiti za testiranje genske terapije za pacijente sa ARID1B mutacijama. U stvari, mi već radimo sa organizacijom pacijenata ‘The Foundation for ARID1B Research’ na testiranju genske terapije pre nego što ona uđe u klinika“.
