Grupa Jirgena Knobliha sa Instituta za molekularnu biotehnologiju (IMBA) Austrijske akademije nauka, razvila je novu metodu koja omogućava naučnicima da kultivišu organoide mozga sa različitim kortikalnim oblastima i šarama od prednje do zadnje strane.
Zajedno sa saradnicima na Human Technopole i Univerzitetu u Milanu-Bicocca, oni izvještavaju o metodi koja naučnicima daje dublji pogled na razvoj mozga i poremećaje specifičnog za ljude. Studija je objavljena u časopisu Nature Methods 18. septembra.
Organoidi mozga se intenzivno koriste za proučavanje razvoja ljudskog mozga. Izvedeni od ljudskih pluripotentnih matičnih ćelija, 3D modeli omogućavaju naučnicima da proučavaju jedinstvena svojstva ljudskog mozga. Istraživači koriste kortikalne organoide da odgovore na fundamentalna pitanja kao što su kako ljudski mozak može narasti do svoje velike veličine ili kako se formiraju veze dugog dometa ljudskog mozga.
Međutim, kortikalni organoidi su prilično uniformne sferne kulture – poput minijaturnih fudbalskih lopti. Ova loptasta struktura je sasvim drugačija od duguljastog ljudskog korteksa, koji je strukturiran u različite domene od pozadi ka napred, od kojih svaki ima različitu funkciju.
Stoga je tim razvio novi protokol za generisanje cerebralnih organoida organizovanih u različite domene duž uzdužne ose. Rad su predvodili Kamila Bosone, Veronika Kren i Davide Kastaldi.
Tokom razvoja, formirajući mozak je oblikovan različitim signalnim molekulima, takozvanim morfogenima. U novo predstavljenoj metodi, istraživači su prvo proizveli dugačke linearne organoide koji su zatim bili oblikovani kroz fuziju sa gomilom ćelija koje proizvode faktor nazvan FGF8.
Ovaj pojedinačni asimetrični izvor FGF8 uspostavlja ekspresiju gena i ćelijsku segregaciju duž uzdužne ose organoida, slično obrascu uočenom u ljudskom korteksu. „U mogućnosti smo da generišemo ovaj polaritet dosledno duž cele uzdužne ose organoida“, kaže odgovarajući autor Knoblich.
Naučnici su zatim pokazali kako se kortikalni organoidi mogu koristiti za proučavanje poremećaja mozga. Kod pacijenata sa ahondroplazijom, temporalni režanj – oblast korteksa – formira se pogrešno. Ove malformacije su povezane sa mutacijom u FGFR3, receptoru za signal FGF8. U uzorkovanim kortikalnim organoidima, ova mutacija u FGFR3 takođe dovodi do promena u uzorku i proliferaciji ćelija duž uzdužne ose.
„Organoidi sa uzorkom su model za proučavanje defekta šablona koji leže u osnovi razvojnih poremećaja“, dodaje Knoblich. Organoidi mogu čak biti i eksperimentalna platforma za testiranje hipoteze da su rani defekti uzorka odgovorni za promene transkripcije u mozgu autističnih pojedinaca. „Organoidi nude sredstvo za povezivanje genetskih i ekoloških promena relevantnih za neuropsihijatrijske poremećaje sa specifičnim ranim kortikalnim uzorcima.“
Koristeći uzorkovane cerebralne organoide, naučnici su takođe stekli uvid u ljudski razvoj. Tokom razvoja ljudskog mozga, višestruki morfogeni i signalni putevi su u interakciji, tako da je teško otkriti kako svaka komponenta pojedinačno doprinosi razvoju.
U uzorkovanim organoidima mozga, nasuprot tome, FGF8 je jedini signal koji specificira različite domene. Analizirajući organoide mozga, naučnici zaključuju da izvor FGF8 u ljudskom mozgu u razvoju, takozvani prednji neuralni greben, igra primarnu ulogu u oblikovanju korteksa.
„Stapanjem organoida koji proizvode različite morfogene i preciznom kontrolom vremena i količine ćelija koje proizvode morfogen u ovim fuzijama, polarni kortikalni asambloidi (PolCA) služe kao optimalan in vitro model za uvođenje i proučavanje pojedinačnih signalnih puteva u izolaciji“, kaže Bosone. , jedan od prvih autora studije.
„Moždani organoidi sa uzorkom biće koristan model za dalje proučavanje kako neuroni stiču svoj identitet tokom razvoja“, dodaje Knoblich.
