Forskare växer framgångsrikt "mini-hjärnor" från stamceller


Forskare växer framgångsrikt

Forskare har framgångsrikt odlat komplex mänsklig hjärnvävnad från stamceller med ett nytt 3D-kultursystem, enligt en studie som publicerades i tidskriften Natur .

Forskare från Institutet för molekylärbioteknik (IMBA) vid den österrikiska vetenskapsakademin (OeAW) säger att nybildad vävnad skulle kunna vara början på att utveckla modellsystem för den mänskliga hjärnan.

Forskarna började forskningen genom att använda etablerade humana embryonala stamceller och inducerade pluripotenta stamceller (iPS) från musembryoniska fibroblaster. De identifierade tillväxtförhållanden som hjälpte stamcellerna att skilja sig till olika hjärnvävnader.

Forskarna använde "media" för neuronal induktion och differentiering, vilket gjorde att de kunde undvika "patterning tillväxtfaktor villkor". De säger att dessa villkor vanligtvis används för att generera specifika cellidentiteter från stamceller.

Dr. Jürgen Knoblich från IMBA och huvudstudent författare förklarar processen:

"Vi modifierade ett etablerat tillvägagångssätt för att generera så kallad neuroektoderm, ett cellskikt från vilket nervsystemet härstammar. Fragment av denna vävnad bibehölls sedan i en 3D-kultur och inbäddades i droppar av en specifik gel som tillhandahöll en byggnadsställning för komplex vävnad tillväxt."

"För att förbättra näringabsorptionen överförde vi senare geldropparna till en spinnande bioreaktor. Inom 3 till 4 veckor bildades definierade hjärnområden."

Ett tvärsnitt av en "mini-hjärna" som visar utvecklingen av olika hjärnområden. Cellerna är blåa, neurala stamceller är röda och neuroner är gröna.

Upphovsrätt: IMBA / Madeline A. Lancaster

"Mini-hjärnor" vuxna efter 2 månader

"Cerebralorganoider" bildades efter 15-20 dagar. Dessa organoider hade kontinuerlig vävnad (neuroepithelia) runt en vätskefylld kavitet som liknar en hjärnkammare - en hålighet i hjärnan som är kontinuerlig med ryggmärgets centrala kanal.

Definierade regioner i hjärnan - inklusive en cerebral cortex, näthinna, meninges och en choroid plexus - utvecklades efter 20-30 dagar.

Efter 2 månader hade fullstora "mini-hjärnor" skapats som har fortsatt att överleva i en spinnande bioreaktor, och de överlever för närvarande vid 10 månader.

Studieförfattarna säger:

"Vi har etablerat ett nytt tillvägagångssätt för att studera mänskliga neurodevelopmental processer genom in vitro-kultur av cerebrala organoider från humana pluripotenta stamceller.

Denna metod rekapitulerar inte bara grundläggande mekanismer för däggdjursgeneralutveckling, utan visar också egenskaper hos utveckling av mänsklig hjärna. Vi hoppas att denna metod kommer att möjliggöra studier av en rad neurodevelopmental processer som är specifika för mänsklig hjärnans utveckling."

Potential för "modell hjärnor"

Forskarna säger att denna metod potentiellt kan användas för att skapa "modellsystem" för mänskliga hjärnstörningar.

De har redan använt "mini-hjärnorna" för att analysera början av mikrocefali - ett genetiskt neurologiskt tillstånd där hjärnan är signifikant minskad i storlek.

Laget skapade inducerade pluripotenta stamceller från en patient med mikrocefali. På så sätt kunde de skapa "mini-hjärnor" som alla drabbades av störningen.

Hjärnorna växte till en mindre storlek, precis som forskarna förväntade sig. De var emellertid intresserade av att finna att även om neuropitilvävnaden växte till en mindre storlek i mikrocefala-minihjärtan jämfört med de som inte hade störningen, ökade neuronal utväxt.

Från detta tror studieförfattarna att under hjärnans utveckling av mikrocefalala patienter börjar differentieringen i neuronutveckling "för tidigt på bekostnad av stam- och stamceller som annars skulle bidra till en mer uttalad tillväxt i hjärnstorlek."

Dessutom upptäckte de att en annan orsak till störningen kan bero på en förändring i riktning när stamcellerna delar sig.

Dr Madeline Lancaster, första författare av studien, säger att förutom möjligheten till ny inblick i utvecklingen av mänskliga hjärnstörningar, kommer även minihjärna av stor intresse för läkemedels- och kemisk industri.

"De möjliggör testning av terapier mot hjärnfel och andra neuronala störningar", säger Dr. Lancaster. "Dessutom kommer de att möjliggöra analys av effekterna som specifika kemikalier har på hjärnans utveckling."

New Scientist-videon av den lilla mänskliga hjärnan som gjordes i ett labb.

Lasse var framgångsrik entreprenör – förlorade allt och hamnade på gatan - Malou Efter tio (TV4) (Video Medicinsk Och Professionell 2019).

Avsnitt Frågor På Medicin: Medicinsk praktik