Međunarodni tim naučnika otkrio je vitalnu ulogu mikroglije, imunih ćelija u mozgu koje deluju kao namenski tim za odbranu, u ranom razvoju ljudskog mozga. Ugrađivanjem mikroglije u organoide mozga uzgojene u laboratoriji, naučnici su uspeli da oponašaju složeno okruženje unutar ljudskog mozga u razvoju da bi razumeli kako mikroglija utiče na rast i razvoj moždanih ćelija.
Ovo istraživanje predstavlja značajan korak napred u razvoju organoida ljudskog mozga i ima potencijal da značajno utiče na naše razumevanje razvoja mozga i poremećaja.
Studija, „mikroglia izvedena iz iPS ćelija promoviše sazrevanje organoida mozga putem prenosa holesterola“ objavljena je u časopisu Nature 1. novembra 2023.
Da bi istražili ključnu ulogu mikroglije u ranom razvoju ljudskog mozga, naučnici iz A*STAR Singapurske imunološke mreže (SIgN) predvođeni profesorom Florentom Ginhoukom, koristili su najsavremeniju tehnologiju za stvaranje struktura sličnih mozgu koje se nazivaju organoidi, takođe poznati kao „mini-mozkovi“. u laboratoriji. Ovi moždani organoidi veoma liče na razvoj ljudskog mozga. Međutim, prethodnim modelima je nedostajala mikroglija, ključna komponenta ranog razvoja mozga.
Da bi premostili ovaj jaz, istraživači A*STAR su dizajnirali jedinstveni protokol za uvođenje ćelija sličnih mikroglijama generisanih iz istih ljudskih matičnih ćelija koje se koriste za stvaranje organoida mozga. Ove uvedene ćelije ne samo da su se ponašale kao prava mikroglija, već su uticale i na razvoj drugih moždanih ćelija unutar organoida.
A*STAR Institut za molekularnu i ćelijsku biologiju (IMCB) dr Radoslav Sobota i njegov tim u SingMass Nacionalnoj laboratoriji za spektrometriju mase primenili su najsavremeniji kvantitativni proteomički pristup da otkriju promene u proteinima. Njihova analiza je pružila ključni uvid u sastav proteina organoida, dodatno potvrđujući nalaze studije.
Ono što izdvaja ovu studiju je otkriće jedinstvenog puta kroz koji mikroglija stupa u interakciju sa drugim moždanim ćelijama. Studija je otkrila da mikroglija igra ključnu ulogu u regulisanju nivoa holesterola u mozgu. Utvrđeno je da ćelije nalik na mikrogliju sadrže lipidne kapljice koje sadrže holesterol, koje su otpuštale i preuzimale druge moždane ćelije u razvoju u organoidima. Pokazalo se da ova razmena holesterola značajno poboljšava rast i razvoj ovih moždanih ćelija, posebno njihovih progenitora.
Holesterol, čini oko 25% ukupnog sadržaja holesterola u telu, u izobilju je prisutan u mozgu i neophodan je za strukturu i funkciju neurona. Abnormalni metabolizam holesterola je povezan sa različitim neurološkim poremećajima, uključujući Alchajmerovu i Parkinsonovu bolest.
Da bi istražili ulogu lipida u razvoju mozga i bolestima, istraživači sa Odeljenja za biohemiju Medicinskog fakulteta Iong Loo Lin (NUS Medicina), predvođeni profesorom Markusom Venkom, preuzeli su ključni zadatak prikupljanja podataka, posebno na terenu. lipidomike da bi se izvukao vredan uvid u sastav i dinamiku lipida unutar organoida mozga koji sadrže mikrogliju.
Koristeći ove informacije, drugi tim sa Odeljenja za mikrobiologiju i imunologiju na NUS Medicini, a predvođen vanrednim profesorom Veronik Anđeli, otkrio je da holesterol utiče na rast i razvoj mladih moždanih ćelija u modelima ljudskog mozga. Microglia koristi specifičan protein za oslobađanje holesterola, a kada je ovaj proces blokiran, uzrokuje da organoidne ćelije rastu više, što dovodi do većih modela mozga.
„Oduvek je bilo poznato da je mikroglija ključna za razvoj mozga, međutim njihova precizna uloga ostaje slabo shvaćena. Ovaj nalaz našeg tima na Odeljenju za mikrobiologiju i imunologiju je posebno upečatljiv jer konačno razumemo kako se holesterol transportuje. Naš sledeći fokus otkrićemo kako možemo da regulišemo oslobađanje holesterola da bismo optimizovali razvoj mozga i usporili ili sprečili pojavu neuroloških stanja“, rekla je vanredna profesorka Veronik, koja je i direktorka Imunološkog translacionog istraživačkog programa na NUS Medicine.
Štaviše, dr Olivije Seksus sa Univerziteta u Sariju i ranije na A*STAR, progresivno je dešifrovao složene molekularne interakcije unutar organoida mozga koristeći proteomsku i lipidomsku analizu. Ovo je pružilo vredan uvid u metaboličke unakrsne razgovore uključene u razvoj mozga i potencijalne implikacije za bolesti.
Zajedno, ovi kolektivni napori su bili instrumentalni u produbljivanju našeg razumevanja uloge mikroglije i molekularnih komponenti unutar organoida mozga i njihovih implikacija na ljudsko zdravlje.
Profesor Florent Ginhouk, viši glavni istraživač u A*STAR’s SIgN i stariji autor studije rekao je: „Razumevanje složene uloge mikroglije u razvoju i funkciji mozga je aktivna oblast istraživanja. Naši nalazi ne samo da unapređuju naše razumevanje razvoja ljudskog mozga ali takođe imaju potencijal da utiču na naše znanje o poremećajima mozga. Ovo otvara nove mogućnosti za buduća istraživanja neurorazvojnih stanja i potencijalnih terapija.“
Koautor studije, profesor Jerri Chan, viši konsultant, Odeljenje za reproduktivnu medicinu, KK Bolnica za žene i decu, i viši naučnik Nacionalnog saveta za medicinska istraživanja, dodao je: „Trenutno nedostaje alata za proučavanje kako mikroglija interaguje sa To je otežalo razumevanje bolesti povezanih sa mikrogijom koje igraju važnu ulogu tokom ranog razvoja stanja kao što su autizam, šizofrenija i neurodegenerativne bolesti kao što su Alchajmerova i Parkinsonova bolest.
„Razvoj ovih novih moždanih organoida povezanih sa mikrogijom sa pluripotentnim matičnim ćelijama istog donora daje nam priliku da proučavamo složene interakcije između mikroglije i neurona tokom ranog razvoja mozga. Posledično, ovo nam može omogućiti da proučavamo ulogu mikroglije u postavljanje bolesti i predlaže načine da se na vreme razviju nove terapije“.
