Първите мозъчни органоиди, отгледани от фетална тъкан и възможностите, които предполагат

Първите мозъчни органоиди, отгледани от фетална тъкан, предлагат прозорец за развитие. Новият метод може да помогне за моделиране на мозъчни заболявания и да помогне при тестването на лекарства. Това е тема, на която се спира сп. Science, базирайки се на представеното от учени в Cell през изминалата седмица.

При раждането мозъкът на човешкото бебе съдържа най-много неврони, които някога ще има. Как този сложен мозък се развива в утробата е трудно да се проучи при хора. Но нов и потенциално противоречив метод, отглеждане на малки мозъчни структури, наречени органоиди, в чиния от човешка фетална мозъчна тъкан , може да осигури реалистичен модел и да подобри изследването на нарушения в развитието или рак на мозъка.

Екипът, който постигна това първи, съобщи, че може да проектира по генетичен път петна от тъкан, което може да помогне на мозъчните органоиди на плода (FeBO) да имитират определени заболявания.

Изследователите са „демонстрирали някои интересни и креативни приложения“ за новите органоиди, казва Арнолд Кригщайн, невролог в Калифорнийския университет (UC), Сан Франциско. Той смята, че FeBO може да помогне на изследователите да се справят с неизследвани досега въпроси за това как невроните приемат специфични идентичности в зреещия мозък, например.

Те вече са създали органоиди, които имитират множество части на мозъка и нервната система, използвайки стволови клетки, които имат способността да се превръщат в много или всички известни типове клетки с правилната стимулация и среда. За да изследват генетични състояния, които влияят върху развитието на мозъка, учените могат също да „препрограмират“ зрели клетки от засегнати пациенти в стволови клетки, за да направят органоиди. Някои мозъчни органоиди, получени от стволови клетки, които обикновено са с размерите на оризово зърно, дори са произвели електрическа активност, напомняща тази в мозъка на плода.

Но въпреки че тези органоиди могат да бъдат полезни представяния на мозъка, началните стволови клетки трябва да бъдат „избутани“ в подобно на мозъка състояние чрез въведен коктейл от сигнални молекули – сложен процес, който може да не възпроизведе напълно нормалното развитие, казва биологът на стволовите клетки Бенедета Артегиани на Центъра за детска онкология Princess Má xima . Използването на естествена фетална мозъчна тъкан може да разкрие повече за това как наистина изглежда човешкият мозък на този етап от развитието. (Предишни проучвания са направили органоиди от човешка фетална черва, черен дроб и белодробна тъкан, но не и мозък.)

И така , Артегиани, с биолога по стволови клетки Далила Хендрикс от института Хубрехт и колеги, събраха мозъчна тъкан от човешки фетуси между 12 седмици и 15 седмици след зачеването. В този момент от развитието човешкият мозък се разширява бързо: много стволови клетки вече са се превърнали в предшественици на невронни клетки, но не всички от тях все още са се диференцирали в различни видове неврони, поддържащи клетки, наречени глия, и други клетки, открити в мозъка.

Подобна работа върху тъкани, получени от аборти, е етично чувствителна и в някои страни, като Съединените щати, политически натоварена. Европейският екип е получил информирано съгласие от бременните, които са дарили фетална тъкан и не са платили за тъканта.

Изследователите са използвали тъкан от различни области на мозъка, включително кората, предния мозък и гръбначния мозък, нарязвайки пробите на слоеве и поставяйки всяка в отделна чиния с молекули, които казват на клетките да растат. Всеки от получените фетални мозъчни органоиди прераства в 3D структура, наподобяваща оригиналната му тъкан, съобщиха изследователите на 7 януари в Cell . FeBO образуват топки, съдържащи неврони в техните центрове и прогениторни клетки от външната им страна, което им позволява да растат без да узреят в по-стари мозъци.

След това, за да провери дали стабилните FeBO могат да станат по-зрели, екипът промени сигналните молекули в течната среда около органоидите. Това задейства прогениторните клетки да спрат да се репликират и вместо това да се превърнат в неврони. Клетките образуваха връзки и се задействаха, както биха направили в непокътнат мозък. Изследователите са работили с биоетици, за да гарантират, че FeBOs не могат да почувстват болка или да станат съзнателни: и двете са малко вероятни, казват те, тъй като органоидите нямат сензорни входове или взаимодействия между зрелите мозъчни региони.

Артегиани и Хендрикс също промениха ДНК на органоидите, използвайки редактора на генома CRISPR, за да мутират гени, участващи в рак на мозъка, включително глиобластоми. Те откриха, че клетките растат извън контрол, както се очакваше, и реагираха на лекарства за рак по същия начин, по който прави непокътнатият мозък. Авторите казват, че този модел може да помогне при тестването на нови лекарства за рак на мозъка, трудна задача доскоро, тъй като мозъчните клетки обикновено не растат добре в лабораторията. Те също така планират да използват FeBOs за разглеждане на нарушения на неврологичното развитие като синдрома на Даун. Хендрикс казва, че проведените досега експерименти са „върхът на айсберга“.

Алисън Муотри, невролог от Калифорнийския университет в Сан Диего, казва, че работата е добре свършена, но констатациите за растежа и диференциацията на FeBOs не са изненадващи предвид предишната работа с органоиди, получени от стволови клетки. „Това служи като потвърждение, че органоидите [извлечени от стволови клетки] наистина имитират мозъка на плода“, казва той. Възможно е , казва той, новият модел в крайна сметка да разкрие все още неизвестни роли за различни сигнални молекули в развитието на мозъка, въпреки че това все още не е показано.

Kriegstein отбелязва, че FeBO очевидно произвеждат своя собствена мрежа от поддържащи протеини, известна като извънклетъчна матрица, което би могло да позволи на изследователите да проучат по-добре как тези структури се развиват и специализират. (Изследователите трябва да въведат извънклетъчна матрица за органоиди, получени от стволови клетки.)

Артегиани смята, че FeBO и органоидите, получени от стволови клетки, имат своите предимства. Органоидите, получени от стволови клетки, могат да разкрият най-ранните етапи на развитие на мозъка, включително как стволовите клетки се развиват в различни видове клетки. Тя твърди, че FeBO могат да покажат как отделните области на мозъка растат и образуват специфични структури.

Все пак органоидите, получени от стволови клетки, могат да бъдат по-лесни за получаване и работа от много учени. В Съединените щати закон от 2019 г. забрани федералното финансиране на изследвания с тъкани от абортирани фетуси. Президентът Джо Байдън отмени забраната през 2021 г., но разпоредбите все още изискват информирано съгласие от бременни хора и забраняват на изследователите да плащат за тях. А Националните здравни институти на САЩ изискват изследователите, търсещи федерални средства, да обосноват използването на фетална тъкан.

Ограниченията на САЩ също може да се разширят. Законопроектите, внесени в Сената на САЩ и множество законодателни органи на щати, или ще забранят директно изследването на фетална тъкан, или ще изискват погребение или кремация на фетална тъкан, което ще я направи недостъпна за изследователите.

Петър Димитров

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

Пояснение, 10 януари, 13:00 ч.: Тази история е актуализирана, за да се изясни, че забраната на САЩ от 2019 г. за изследване на фетална тъкан се прилага само за федерално финансирани изследвания.