Они создают органоиды из ткани мозга эмбриона человека.

Новая методика, опубликованная в журнале ‘Клетка‘, позволяет областям мозговой ткани способны самоорганизовываться в трехмерные структуры мозга. Авторы использовали эти органоиды и инструмент CRISPR-Cas9, чтобы смоделировать развитие опухоли головного мозга — глиобластомы, и посмотреть, как она реагирует на различные лекарства.

Органоиды обладают характеристиками и уровнем сложности, которые позволяют ученым точно моделировать функции органа в лаборатории. Они могут образовываться непосредственно из клеток тканей. Ученые также могут «направлять» стволовые клетки (обнаруженные в эмбрионах или в некоторых тканях взрослых), чтобы они развивались, пока не станут органом, который собираются изучать.

До сих пор органоиды мозга выращивали в лаборатории, стимулируя рост эмбриональных или плюрипотентных стволовых клеток до тех пор, пока они не сформировали структуры, представляющие различные области мозга. Используя особый коктейль молекул, они попытались имитировать естественное развитие мозга и разработать «рецепт«Для каждого коктейля потребуется много исследований.

Исследователи под руководством Далила Хендрикс, Ганс Клеверс и Бенедетта Артеджианибыли удивлены, обнаружив, что использование небольших кусочков ткани мозга плода вместо отдельных клеток жизненно важно для выращивания мини-мозга.

Исследователи уточняют, что использованная ткань человеческого плода был получен из материала здорового аборта между 12 и 15 неделями беременности от полностью анонимных доноров.. Анонимные женщины пожертвовали ткани добровольно и с предварительного информированного согласия. Их проинформировали, что материал будет использоваться только в исследовательских целях и что исследование включает понимание того, как обычно развиваются органы, включая возможность выращивания клеток, полученных из донорского материала.

«До сих пор мы могли получать органоиды из большинства органов человека, но не из мозга; «Очень приятно, что теперь мы смогли преодолеть и это препятствие», — добавляет Клеверс.

Для выращивания других мини-органов, таких как кишечник, исходная ткань обычно разбивается на отдельные клетки. Вместо того, чтобы работать с небольшими кусочками ткани мозга плода, команда обнаружила, что эти кусочки могут самоорганизовываться в органоиды.

Органоиды мозга были размером с рисовое зернышко.з. Трехмерный состав ткани был сложным и содержал несколько различных типов клеток мозга.

Человеческий мозг

Ученые подчеркивают, что органоиды мозга содержат много так называемой внешней радиальной глии. тип клеток, обнаруженный у людей и наших эволюционных предков. Это подчеркивает близкое сходство органоидов с человеческим мозгом и их использование в исследовании.

Целые кусочки мозговой ткани также производят белки, образующие внеклеточный матрикс, своего рода «каркас» вокруг клеток.

«Мозговые органоиды, полученные из тканей плода, являются ценным новым инструментом для изучения развития мозга человека. «Теперь нам будет легче изучать, как расширяется развивающийся мозг, и наблюдать роль различных типов клеток и их окружения», — подчеркивает Бенедетта Артеджиани.

«Наша новая модель мозга, основанная на тканях, позволяет нам лучше понять, как развивающийся мозг регулирует идентичность клеток. «Это также может помочь понять, как ошибки в этом процессе могут привести к заболеваниям нервного развития, таким как микроцефалия, а также к другим заболеваниям, которые могут возникнуть в результате нарушения развития, включая рак мозга у детей».

Команда считает, что эти белки могут быть причиной того, что кусочки ткани мозга смогли самоорганизоваться в трехмерные структуры мозга. Наличие внеклеточного матрикса в органоидах позволит продолжить изучение окружения клеток мозга и того, что происходит, когда что-то идет не так.

Исследователи также обнаружили, что органоиды тканевого происхождения сохраняют некоторые характеристики конкретной области мозга, из которой они были получены. Таким образом, они отреагировали на сигнальные молекулы, которые, как известно, играют важную роль в развитии мозга. Это открытие предполагает, что органоиды тканевого происхождения могут играть важную роль в распутывании сложной сети молекул, участвующих в развитии мозга.

Учитывая способность тканевых органоидов быстро расширяться, команда затем исследовала их потенциал в моделировании рака мозга.

Таким образом, они использовали Метод редактирования генов CRISPR-Cas9 внести дефекты в известный ген TP53, вызывающий рак, в небольшое количество органоидных клеток. В течение трех месяцев клетки с дефектным TP53 полностью вытеснили здоровые клетки органоида, то есть получили преимущество в росте, что является типичной характеристикой раковых клеток.

Затем они использовали CRISPR-Cas9 для деактивации трех генов, связанных с опухолью головного мозга, глиобластомой: TP53, PTEN и NF1. Кроме того, они использовали эти мутантные органоиды, чтобы наблюдать за их реакцией на существующие противораковые препараты.

Эти эксперименты показали потенциал органоидов для исследования лекарств от рака, связывая определенные лекарства с конкретными генетическими мутациями.

Органоиды тканевого происхождения продолжали расти в чашке более шести месяцев. Важно отметить, что ученые смогли их размножить, что позволило им вырастить множество похожих органоидов из одного образца ткани.

«Эти новые органоиды, полученные из тканей плода, могут предложить новые знания о том, что формирует различные области мозга и что создает клеточное разнообразие. Наши органоиды являются важным дополнением к области органоидов мозга, которое может дополнять существующие органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток. Мы надеемся извлечь уроки из обеих моделей, чтобы расшифровать сложность человеческого мозга», — подчеркивает Хендрикс.

«Возможность продолжать выращивать и использовать органоиды мозга из тканей плода также означает, что мы можем узнать как можно больше из такого ценного материала». «Мы очень рады возможности использования этих новых тканевых органоидов для новых открытий о человеческом мозге», — добавляет Хендрикс.

Миниопухоли с изменениями в гене глиобластомы также были способны к размножению., сохраняя ту же комбинацию мутаций. Эта особенность означает, что ученые могут проводить повторные эксперименты с органоидами тканевого происхождения, повышая надежность своих выводов.

Исследователи стремятся продолжить изучение потенциала своих новых органоидов головного мозга, полученных из тканей. Они также планируют продолжить работу со специалистами по биоэтике, которые уже участвовали в организации этого исследования, чтобы направлять будущую разработку и применение новых органоидов мозга.

Клеверс считает, что «это исследование вносит важный вклад в области исследований органоидов и мозга. Поскольку мы разработали первый органоиды кишечника человека в 2011 г., было здорово видеть, что технология действительно развивается. «С тех пор органоиды были разработаны практически для всех тканей человеческого тела, как здоровых, так и больных, включая растущее число детских опухолей».