Naukowcy wyhodowali wyjątkowy organoid, który naśladuje cały mózg

Naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa wyhodowali unikalny organoid ludzkiego mózgu, zawierający tkankę nerwową i szczątkowe naczynia krwionośne. Odkrycie to może okazać się przełomem w badaniach nad zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, takimi jak autyzm.

„Stworzyliśmy organoid nowej generacji” – powiedziała główna autorka, Annie Kathuria, adiunkt w Katedrze Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Johnsa-Humana, która bada rozwój mózgu i choroby neuropsychiatryczne. „Zazwyczaj w badaniach powstają organoidy reprezentujące tylko jedną część mózgu – korę mózgową, tyłomózgowie lub śródmózgowie. Udało nam się wyhodować szczątkowy organoid obejmujący cały mózg, który nazywamy wieloobszarowym organoidem mózgu (MRBO)”.

Praca, opublikowana w czasopiśmie „ Advanced Science”, jest jednym z pierwszych przypadków, w których naukowcy stworzyli organoid zawierający tkanki ze wszystkich głównych obszarów mózgu, oddziałujące ze sobą. Jest to szczególnie ważne w badaniu chorób wpływających na cały mózg, takich jak schizofrenia czy autyzm. Do tej pory tego typu badania prowadzono głównie na modelach zwierzęcych.

Aby wyhodować MRBO, zespół Kathurii najpierw hodował komórki nerwowe z różnych części mózgu, a także szczątkowe naczynia krwionośne, w oddzielnych naczyniach. Następnie połączyli te części za pomocą specjalnych białek „klejowych”, umożliwiając tkankom wzajemny wzrost i komunikację. Wraz ze wzrostem organoidu zaczęły pojawiać się sygnały elektryczne, wskazujące na aktywność sieci neuronowej.

Stworzony organoid zawierał szeroką gamę komórek neuronalnych podobnych do tych w mózgu ludzkiego zarodka w 40. dniu rozwoju. Stworzona w laboratorium struktura mini-mózgu zdołała odtworzyć około 80% typów komórek charakterystycznych dla wczesnego etapu rozwoju ludzkiego mózgu.

Mimo że MRBO jest znacznie mniejszy od prawdziwego mózgu (około 6-7 milionów neuronów w porównaniu z dziesiątkami miliardów u osoby dorosłej), stanowi wyjątkową platformę do badania rozwoju mózgu jako całości.

Organoid wykazał również wczesną formę bariery krew-mózg, czyli warstwy komórek kontrolującej przepływ substancji do mózgu.

„Jeśli chcemy zrozumieć zaburzenia neurorozwojowe lub choroby psychiczne, musimy pracować z komórkami ludzkimi. Ale nie mogę po prostu poprosić kogoś, żeby „pożyczył” mi swój mózg do badań nad autyzmem” – wyjaśnia Kathuria. „Organoidy całego mózgu pozwalają nam obserwować postęp choroby w czasie rzeczywistym, testować metody leczenia, a nawet opracowywać spersonalizowane terapie”.

Naukowcy zauważają, że wykorzystanie takich organoidów do testowania nowych leków mogłoby poprawić skuteczność badań klinicznych. Obecnie 85% do 90% leków nie przechodzi badań klinicznych fazy I na ludziach, a w przypadku leków neuropsychiatrycznych wskaźnik ten jest jeszcze wyższy – sięgający nawet 96%. Wynika to z faktu, że modele zwierzęce są wykorzystywane głównie na wczesnych etapach rozwoju, podczas gdy MRBO lepiej odtwarza rozwój ludzkiego mózgu i może służyć jako dokładniejszy model.

„Schizofrenia, autyzm i choroba Alzheimera wpływają na cały mózg, a nie tylko na jego konkretne obszary” – mówi Kathuria. „Jeśli zrozumiemy, co jest nie tak na najwcześniejszych etapach rozwoju, będziemy mogli znaleźć nowe cele dla terapii i rozwoju leków. Możemy testować leki bezpośrednio w tych organoidach i oceniać ich skuteczność, zanim trafią do badań klinicznych na ludziach”.