Manel Llado, IMBA – Österreichischen Akademie der Wissenschaften GmbH institutas für Molekulare Biotechnologie
Jürgen Knoblich grupė iš Austrijos mokslų akademijos Molekulinės biotechnologijos instituto (IMBA) sukūrė naują metodą, leidžiantį mokslininkams auginti smegenų organoidus su skirtingomis žievės sritimis ir modeliu iš priekio į galą.
Kartu su Human Technopole ir Milano-Bicocca universiteto bendradarbiais jie praneša apie metodą, leidžiantį mokslininkams giliau pažvelgti į žmogui būdingą smegenų vystymąsi ir sutrikimus. Tyrimas buvo paskelbtas m Gamtos metodai rugsėjo 18 dieną.
Smegenų organoidai plačiai naudojami žmogaus smegenų vystymuisi tirti. 3D modeliai, gauti iš žmogaus pluripotentinių kamieninių ląstelių, leidžia mokslininkams ištirti unikalias žmogaus smegenų savybes. Tyrėjai naudoja žievės organoidus, kad atsakytų į pagrindinius klausimus, pavyzdžiui, kaip žmogaus smegenys gali išaugti iki didelio dydžio arba kaip formuojasi tolimojo žmogaus smegenų ryšiai.
Tačiau žievės organoidai yra gana vienodos sferinės kultūros, pavyzdžiui, miniatiūriniai futbolo kamuoliai. Ši rutulio formos struktūra visiškai skiriasi nuo pailgos žmogaus žievės, kuri yra suskirstyta į atskiras sritis iš galo į priekį, kurių kiekviena turi skirtingą funkciją.
Todėl komanda sukūrė naują protokolą, kad generuotų smegenų organoidus, suskirstytus į atskiras sritis išilgai išilginės ašies. Darbui vadovavo Camilla Bosone, Veronica Krenn ir Davide Castaldi.
Eksperimentinė platforma smegenų sutrikimams suprasti
Vystymosi metu besiformuojančias smegenis formuoja skirtingos signalinės molekulės, vadinamieji morfogenai. Taikant naujai pristatytą metodą, mokslininkai pirmiausia pagamino ilgus linijinius organoidus, kurie vėliau buvo suliejami su ląstelių gumuliu, gaminančiu faktorių, vadinamą FGF8.
Šis vienintelis asimetrinis FGF8 šaltinis nustato genų ekspresiją ir ląstelių segregaciją išilgai organoidų išilginės ašies, panašiai kaip žmogaus žievėje. „Mes galime nuosekliai generuoti šį poliškumą visoje organoido išilginėje ašyje“, – sako atitinkamas autorius Knoblichas.
Tada mokslininkai parodė, kaip modeliuoti žievės organoidai gali būti naudojami smegenų sutrikimams tirti. Achondroplazija sergantiems pacientams smilkininė skiltis – žievės sritis – formuojasi neteisingai. Šie apsigimimai yra susiję su FGFR3, FGF8 signalo receptoriaus, mutacija. Raštuotuose žievės organoiduose ši FGFR3 mutacija taip pat lemia modeliavimo ir ląstelių proliferacijos pokyčius išilginėje ašyje.
„Raštuoti organoidai yra modelio defektų, kurie yra vystymosi sutrikimų pagrindas, tyrimo modelis“, – priduria Knoblichas. Organoidai netgi gali būti eksperimentinė platforma, skirta patikrinti hipotezę, kad ankstyvieji modeliavimo defektai yra atsakingi už transkripcijos pokyčius autistiškų asmenų smegenyse. „Organoidai siūlo galimybę susieti genetinius ir aplinkos pokyčius, susijusius su neuropsichiatriniais sutrikimais, su specifiniais ankstyvaisiais žievės modeliavimo įvykiais.”
Naujas žievės vystymosi modelis
Naudodami raštuotus smegenų organoidus, mokslininkai taip pat įgijo įžvalgų apie žmogaus vystymąsi. Žmogaus smegenų vystymosi metu sąveikauja keli morfogenai ir signalizacijos keliai, todėl sunku suprasti, kaip kiekvienas komponentas prisideda prie vystymosi atskirai.
Priešingai, raštuotuose smegenų organoiduose FGF8 yra vienintelis signalas, nurodantis skirtingus domenus. Analizuodami smegenų organoidus, mokslininkai daro išvadą, kad FGF8 šaltinis besivystančiose žmogaus smegenyse, vadinamasis priekinis nervinis ketera, atlieka pagrindinį vaidmenį formuojant žievę.
„Sujungus organoidus, gaminančius skirtingus morfogenus, ir tiksliai kontroliuojant morfogeną gaminančių ląstelių laiką ir kiekį šiose sintezėse, poliniai žievės agregoidai (PolCA) tarnauja kaip optimalus in vitro modelis atskiriems signalizacijos keliams įvesti ir tirti atskirai“, – sako Bosone. , vienas pirmųjų tyrimo autorių.
„Raštuoti smegenų organoidai bus naudingas modelis toliau tiriant, kaip neuronai įgyja savo tapatybę vystymosi metu“, – priduria Knoblichas.
Teikia IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften GmbH