Laboratuarda Yetiştirilen Beyin Organoidlerini ‘Daha Zeki’ Yapmak

Özet: Yeni bir çalışma, sürekli olarak yüksek kaliteli, iyi yapılandırılmış beyin organoidleri üretmek için kılavuzlar ve yöntemler sunuyor.

Kaynak: UCLA

Bilim adamları, laboratuvarda minyatür beyin benzeri organları büyütmek için kök hücreleri kullanarak, nörolojik gelişim, hastalık ve canlı insanlarda uygulanamayan tedaviler için yeni bir yol açtılar.

Ancak tüm mini beyin organoidleri eşit yaratılmamıştır ve modelledikleri insan beyni dokularını tam olarak taklit etmelerini sağlamak kalıcı bir zorluk olmuştur.

UCLA’daki Eli ve Edythe Geniş Rejeneratif Tıp ve Kök Hücre Araştırmaları Merkezi üyesi ve kıdemli yazar Bennett Novitch, “Şu anda Vahşi Batı gibi, çünkü mini beyin organoidleri üretmek için standart bir yöntem yok” dedi. konuyla ilgili yeni bir makale.

“Her sinirbilimci, en sevdiği hastalığın beyin organoid modelini yapmak ister ama yine de herkesin organoidleri her zaman birbirine benzemez.”

Aslında, üretimleri için ortak bir protokol olmadığından ve kalite kontrol kılavuzlarının eksikliğinden dolayı organoidler laboratuvardan laboratuvara ve hatta partiden partiye değişebilir, bu da bir organoidde yapılan bir bulgunun gerçek olmayabileceği anlamına gelir. bir diğer.

Yeni makalenin ilk yazarı ve anatomi ve tıp alanında yardımcı doçent olan Momoko Watanabe, “Benim laboratuvarım ve koridorun aşağısındaki başka bir laboratuvar, aynı bozukluğun mini-beyin organoid modellerini kullanarak ilaç taramaları yapsaydı, yine de farklı sonuçlar alabilirdik” dedi. UC Irvine’de nörobiyoloji.

“Kimin bulgularının doğru olduğunu bilemeyeceğiz çünkü gördüğümüz farklılıklar, hastalığın yansımalarından ziyade modellerimizin nasıl farklılaştığının yansımaları olabilir.”

Bugün yayınlanan yeni çalışmalarında, Kök Hücre RaporlarıNovitch, Watanabe ve meslektaşları, araştırmalarına dayalı olarak, bilim adamlarının bu organoidlerin tam potansiyelinin önünde duran iki büyük engelin üstesinden gelmelerine yardımcı olabilecek yönergeler önermektedir: tekdüzelik ve yapıdaki farklılıklar.

Beynin belirli bölümlerinin yapısını ve hücresel yapısını doğru ve tutarlı bir şekilde yeniden yaratan organoidlere sahip olmak, özellikle şizofreni ve otizm spektrum bozukluğu gibi, etkilenen insanların beyinlerinin yapı olarak nörotipik beyinlerle aynı göründüğü ancak yapısal olarak belirgin farklılıklar sergilediği bozuklukları incelemek için önemlidir. işlev.

Novitch, “Organoidlerimiz yanlış hücre tipi dengesine veya büyük ölçüde düzensiz yapıya sahipse, beyin yapısı ve işlevindeki – nörolojik bozuklukları olan hastalar için alakalı şeyler – ince farklılıkları asla tanımlayamayacağız” dedi. UCLA Beyin Araştırma Enstitüsü’nün Sinir Onarımı için Entegre Merkezi’nin direktörü.

En iyi organoidleri yaratmak: Bir olgunluk meselesi

Bilim adamları, çapı 1 ila 5 milimetre arasında değişebilen mini beyin organoidleri üretmek için önce insan derisini veya kan hücrelerini alır ve onları, vücuttaki herhangi bir hücre tipine farklılaşabilen indüklenmiş pluripotent kök hücreler olmak üzere yeniden programlar. Daha sonra bu iPS hücrelerini, beyinde bulunan çoğu hücre tipini üretebilen nöral kök hücreler oluşturmaya yönlendirirler.

Nöral kök hücreler oluşurken, 3D organoidlerde bir araya gelmek üzere bir araya getirilebilirler. Yeterince basit. Ama neden bazı organoidler insan beynine diğerlerinden daha çok benziyor?

Bu soruyu yanıtlamak için ekip, UCLA Geniş Kök Hücre Araştırma Merkezi’nden pluripotency uzmanları Kathrin Plath ve Amander Clark ile işbirliği yaptı. Bir organoidin yetiştirildiği kök hücrelerin gelişimsel olgunluğunun, bileşenlerin tazeliğinin bir mutfak yemeğinin kalitesini etkilediği kadar, kalitesini de etkilediğini keşfettiler.

Aynı zamanda UCI Sue üyesi olan Watanabe, “İnsan embriyonik gelişiminde, sinir sistemi oluşacak ilk yapılardan biridir, bu nedenle gelişimin erken döneminde olan kök hücrelerin beyin organoidleri üretmede en iyi olduğu mantıklıdır” dedi. & Bill Brüt Kök Hücre Araştırma Merkezi.

Araştırmacılar daha sonra, insan kök hücrelerini organoid oluşumuna uygun erken bir gelişim durumunda tutmanın en iyi yolunun, onları fibroblast besleyiciler olarak adlandırılan fare deri hücreleriyle bir tabakta büyütmek olduğunu buldular, çünkü bunlar temel kimyasal sinyaller ve yapısal destek sağlıyorlar. kök hücrelerin zaman içinde olgunlaşmasına ve olgunlaşmamışlıklarını korumasına yardımcı olur.

Ne yazık ki, fare hücrelerinin kullanılmasının organoidleri hastalıklı veya hasarlı nöral dokuların yerini alacak hücresel terapilerin geliştirilmesi için daha az uygun hale getirebileceğini de keşfettiler. Ayrıca, besleyici destekli bu yöntemler, birçok laboratuvarın yaygın olarak kullandığı kök hücre büyütme yöntemlerinden daha zahmetlidir.

Ekip daha sonra, iyi organoidler üreten ve üretmeyen kök hücreler arasındaki genetik farklılıkları saptamak amacıyla RNA dizilimi ve hesaplamalı analize yöneldi. Bu, kök hücreleri daha az gelişmiş bir durumda tutmaktan sorumlu olan, hepsi dönüştürücü büyüme faktörü beta süper ailesine ait olan dört molekülü tanımlamalarını sağladı.

Bu dört molekülü bir tabakta büyüyen kök hücrelere eklemek, onları olgunlaşmamış bir durumda tuttu ve bu hücrelerin yüksek kaliteli, iyi yapılandırılmış organoidler üretmesini sağladı.

Novitch, “Pastamızı alıp yemenin bir yolunu bulduk” dedi. “Organoid oluşumu için bazı faydalarını korurken, fare hücrelerini denklemden çıkardık ve bizi karmaşık nörolojik hastalıklar için çalışma ve tedavi geliştirme hedeflerimize daha da yaklaştırdık.”

Finansman: Araştırma, UCLA’nın Jonsson Kapsamlı Kanser Merkezi ve Geniş Kök Hücre Araştırma Merkezi’ndeki Ablon Scholars Programı tarafından finanse edildi; Ulusal Sağlık Enstitüleri, Kaliforniya Rejeneratif Tıp Enstitüsü, Rose Hills Vakfı ve Geniş Kök Hücre Araştırma Merkezi’nden araştırma/eğitim ödülleri; Uehara Memorial Vakfı; UCLA Beyin Araştırma Enstitüsü; ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden bir Fakülte Bursu hibesi.

Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

TGFβ süper aile sinyali, insan kök hücre pluripotensinin durumunu ve iyi yapılandırılmış telensefalik organoidler oluşturma kapasitesini düzenler

Öne Çıkanlar

• hPSC bakım koşulları, kortikal organoid oluşumunun kalitesini etkiler
• Kortikal organoidler için optimal bir orta pluripotens durumunun belirlenmesi
• MEF besleyici desteği, çeşitli TGFβ sinyal yollarının aktivasyonunu artırır
• MEF’lerin organoid teşvik edici etkileri, bir TGFβ faktör karışımı ile taklit edilebilir.

Özet

İnsan pluripotent kök hücrelerinden (hPSC’ler) üretilen telensefalik organoidler, gelişmekte olan insan beyninin farklı özelliklerini ve birçok nörolojik bozukluğun altında yatan nedenleri incelemek için umut verici bir sistemdir.

Organoid teknolojisi istikrarlı bir şekilde ilerlerken, potansiyel partiden partiye ve hücre hattından hücre hattına değişkenlik ve yapısal tutarsızlık dahil olmak üzere birçok zorluk devam etmektedir.

Burada, kortikal organoid kalitesine önemli bir katkının, farklılaşmadan önce hPSC’lerin korunma şekli olduğunu gösteriyoruz.

Besleyiciden bağımsız hücreler yerine belirli fibroblast besleyici destekli hPSC’ler kullanılarak optimum sonuçlar elde edildi, farklılıklar başlangıçta transkriptomik durumlarına yansıdı. Besleyici destekli hPSC’ler, çeşitli dönüştürücü büyüme faktörü β (TGFβ) süper ailesi sinyal yollarının aktivasyonunu ve saf pluripotens ile bağlantılı genlerin ekspresyonunu artırdığını gösterdi.

Ayrıca, besleyici içermeyen hPSC’lere geniş telensefalik organoid yetkinlik kazandırmak ve hastalık modellemesi için uygun iyi yapılandırılmış beyin dokularının oluşumunu geliştirmek için gerekli ve birlikte yeterli olan TGFβ ile ilişkili büyüme faktörlerinin kombinasyonlarını belirledik.