Un nou studiu oferă noi metode pentru generarea constantă de organoizi cerebrali de înaltă calitate, bine structurați.
Folosind celule stem pentru a crește organe miniaturale asemănătoare creierului în laborator, oamenii de știință au deschis o nouă cale pentru studii despre dezvoltarea neurologică, boli și terapii care nu pot fi efectuate pe oamenii.
„Orice cercetător în neuroștiință vrea să creeze un model organoid cerebral al bolii pe care o studiază și totuși, organoizii nu arată întotdeauna la fel.” a spus Bennett Novitch, membru al Centrului Amplu de Medicină Regenerativă și Cercetare a Celulelor Stem Eli și Edythe de la UCLA și autor principal al lucrării.
De fapt, deoarece nu există un protocol comun pentru producția lor și lipsa unor linii directoare de control al calității, organoizii pot varia de la laborator la laborator și chiar de la lot la lot ceea ce înseamnă că o constatare făcută într-un organoid poate să nu fie valabilă în altul.
„Dacă laboratorul meu și un alt laborator ar efectua analize de medicamente folosind modele mini-organoide ale creierului pentru aceiași tulburare, am putea obține rezultate diferite”, a spus Momoko Watanabe, primul autor al noii lucrări și Profesor Asistent de Anatomie și Neurobiologie la UC Irvine.
„Nu vom ști ale cui descoperiri sunt corecte, deoarece diferențele pe care le vedem ar putea fi reflectări ale modului în care modelele noastre diferă, mai degrabă decât reflectări ale bolii.” a adăugat el.
În noul lor studiu, publicatîn Stem Cell Reports, Novitch, Watanabe și colegii lui propun linii directoare bazate pe cercetările lor, care pot ajuta oamenii de știință să depășească două obstacole majore care stau în calea potențialului maxim al acestor organoizi: diferențele de uniformitate și structură.
A avea organoizi care recreează cu acuratețe și consecvență structura celulară a secțiunilor specifice ale creierului este deosebit de important pentru studierea tulburărilor precum schizofrenia și tulburarea spectrului autist în care creierul persoanelor afectate pare adesea identic cu creierul neurotipic în structură, dar prezintă diferențe în funcţie.
„Nu vom putea niciodată să identificăm diferențele subtile din structura și funcția creierului, lucruri care sunt relevante pentru pacienții cu tulburări neurologice, dacă organoizii noștri au un echilibru greșit de tipuri celulare sau o structură extrem de neregulată”, a spus Novitch, Director al UCLA Brain Research Institute’s Integrated Center for Neural Repair.
Pentru a produce mini-organoizi cerebrali, care pot varia de la 1 la 5 milimetri în diametru, oamenii de știință iau mai întâi pielea umană sau celulele sanguine și le reprogramează pentru a deveni celule stem pluripotente induse, celule care se pot diferenția în orice tip de celule din organism.
Apoi, ei direcționează aceste celule iPS pentru a crea celule stem neuronale, care pot produce majoritatea tipurilor de celule găsite în creier.
Dar de ce unii organoizi seamănă mai bine cu creierul uman decât alții?
Pentru a răspunde la această întrebare, echipa a colaborat cu experții în pluripotență Kathrin Plath și Amander Clark de la Centrul de Cercetare a Celulelor Stem Largi UCLA.
Ei au descoperit că dezvoltarea celulelor stem din care este crescut un organoid influențează calitatea acestuia, la fel cum prospețimea ingredientelor influențează calitatea unui preparat culinar.
„În dezvoltarea embrionului uman, sistemul nervos este una dintre primele structuri care se formează, așa că are sens ca celulele stem aflate la începutul dezvoltării să producă cel mai bine organoizi cerebrali”, a spus Watanabe, care este și membru al UCI Sue & Bill Gross Centrul de Cercetare a Celulelor Stem.
Cercetătorii au descoperit apoi că cel mai bun mod de a menține celulele stem umane într-o stare de dezvoltare timpurie potrivită pentru formarea de organoide a fost să le crească într-un vas cu celule din piele de șoarece, deoarece acestea oferă semnale chimice esențiale și suport structural care ajută celulele stem să se extindă și să-și păstreze imaturitatea în timp.
Din păcate, ei au descoperit că utilizarea celulelor de șoarece ar putea face organoizii mai puțin potriviţi pentru dezvoltarea de terapii celulare, pentru a înlocui țesuturile neuronale bolnave sau deteriorate. În plus, aceste metode susținute de un alimentator sunt mai laborioase decât metodele de creștere a celulelor stem pe care le folosesc în mod obișnuit multe laboratoare.
Apoi, echipa s-a orientat către secvențierea ARN și analiza computațională în încercarea de a identifica diferențele genetice dintre celulele stem care produc organoizi buni și cele care nu. Acest lucru le-a permis să identifice patru molecule, toate aparținând superfamiliei de molecule beta a factorului de creștere transformator, care au fost responsabile pentru menținerea celulelor stem într-o stare mai puțin dezvoltată.
Adăugarea acestor patru molecule la celulele stem le-a menținut într-o stare imatură și a permis acestor celule să producă organoizi de înaltă calitate, bine structurați.
„Am scos celulele de șoarece din ecuație, păstrând în același timp unele dintre beneficiile lor pentru formarea organoidelor, aducându-ne mai aproape de obiectivele noastre de a studia și dezvolta tratamente pentru boli neurologice complexe.” a spus Novitch.
Articol de Răzvan Lupu