Forskere vokser med succes 'mini-hjerner' fra stamceller


Forskere vokser med succes 'mini-hjerner' fra stamceller

Forskere har med succes dyrket komplekse humane hjernevæv fra stamceller ved hjælp af et nyt 3D-kultursystem, ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Natur .

Forskere fra Institut for Molekylærbioteknologi (IMBA) ved det østrigske videnskabsakademi (OeAW) siger, at det nyoprettede væv kunne være starten på at udvikle modelsystemer til den menneskelige hjerne.

Forskerne begyndte forskningen ved at anvende etablerede humane embryonale stamcellelinier og inducerede pluripotente stamceller (iPS) fra musembryoniske fibroblaster. De identificerede vækstbetingelser, der hjalp stamcellerne til at differentiere sig til en række hjernevæv.

Forskerne brugte "medier" til neuronal induktion og differentiering, hvilket tillod dem at undgå "mønster vækstfaktorbetingelser". De siger, at disse betingelser normalt anvendes til at generere bestemte celleidentiteter fra stamceller.

Dr. Jürgen Knoblich fra IMBA og lead study forfatter forklarer processen:

"Vi ændrede en etableret tilgang til at generere såkaldt neuroectoderm, et cellelag, hvorfra nervesystemet kommer fra. Fragmenter af dette væv blev derefter opretholdt i en 3D-kultur og indlejret i dråber af en specifik gel, der tilvejebragte et stillads til komplekst væv vækst."

"For at forbedre næringsstofabsorptionen overførte vi senere geledråberne til en spindingbioreaktor. Inden for 3 til 4 uger blev definerede hjernegrupper dannet."

Et tværsnit af en "mini-hjerne", der viser udvikling af forskellige hjerneområder. Celler er blå, neurale stamceller er røde, og neuroner er grønne.

Ophavsret: IMBA / Madeline A. Lancaster

'Mini-hjerner' vokset efter 2 måneder

"Cerebralorganoider" dannet efter 15-20 dage. Disse organoider havde kontinuerligt væv (neuroepithelia) omkring et væskefyldt hulrum ligner en cerebral ventrikel - et hulrum i hjernen, der er kontinuerlig med rygmarvets centrale kanal.

Definerede regioner i hjernen - herunder en cerebral cortex, nethinden, meninges og en choroid plexus - udviklet efter 20-30 dage.

Efter 2 måneder blev der skabt fuld størrelse "mini-hjerner", der fortsat har overlevet i en spindingbioreaktor, og de overlever i øjeblikket efter 10 måneder.

Undersøgelsens forfattere siger:

"Vi har etableret en ny tilgang til at studere humane neuroprojektionsprocesser gennem in vitro-kultur af cerebrale organoider fra humane pluripotente stamceller.

Denne metode recapitulates ikke kun grundlæggende mekanismer for pattedyrs neurodevelopment, men viser også karakteristika ved udvikling af menneskers hjerne. Vi håber, at denne metode vil gøre det muligt at studere en række neuroprojektionsprocesser, der er specifikke for menneskers hjerneudvikling."

Mulighed for 'model hjerner'

Forskerne siger, at denne metode potentielt kunne bruges til at skabe "modelsystemer" for menneskers hjernesygdomme.

De har allerede brugt "mini-hjernerne" for at analysere starten på mikrocefalien - en genetisk neurologisk tilstand, hvor hjernen er signifikant reduceret i størrelse.

Holdet skabte inducerede pluripotente stamceller fra en patient med mikrocephaly. På den måde kunne de skabe "mini-hjerner", der alle var ramt af uorden.

Hjernerne voksede til en mindre størrelse, ligesom forskerne forventede. Imidlertid var de interesserede i at finde ud af, at selv om det neuropiteliske væv voksede til en mindre størrelse i mikrocephaly-hjernen sammenlignet med dem, der ikke havde lidelsen, var der øget neuronal udvækst.

Herved mener undersøgelsesforfatterne, at under hjernens udvikling af mikrocephalipatienter begynder differentieringen i neuronudvikling "for tidligt på bekostning af stamme og stamceller, som ellers ville bidrage til en mere udtalt vækst i hjernens størrelse".

Desuden opdagede de, at en anden årsag til forstyrrelsen kunne skyldes en ændring i retning, når stamcellerne opdelte.

Dr. Madeline Lancaster, første forfatter af undersøgelsen, siger, at ud over muligheden for ny indsigt i udviklingen af ​​humane hjerneforstyrrelser vil minihjerner også være af stor interesse for den farmaceutiske og kemiske industri.

"De giver mulighed for at teste terapier mod hjernefejl og andre neuronale lidelser," siger Dr. Lancaster. "Desuden vil de muliggøre analysen af ​​de effekter, som specifikke kemikalier har på hjernens udvikling."

New Scientist-videoen af ​​den lille menneskelige hjerne lavet i et laboratorium.

Quantum Computers Explained – Limits of Human Technology (Video Medicinsk Og Professionel 2022).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis