Forskere har vellykket vokst komplekse menneskelige hjernevev fra stamceller ved hjelp av et nytt 3D-kultursystem, ifølge en studie publisert i tidsskriftet Natur .

Forskere fra Institutt for molekylærbioteknologi (IMBA) ved det østrigske vitenskapsakademiet (OeAW) sier det nyopprettede vevet kunne være starten på å utvikle modellsystemer for den menneskelige hjerne.

Forskerne startet forskningen ved å bruke etablerte humane embryonale stamcellelinjer og induserte pluripotente stamceller (iPS) fra musembryonfibroblaster. De identifiserte vekstforhold som hjalp stamcellerne til å differensiere til en rekke hjernevev.

Forskerne brukte "media" for neuronal induksjon og differensiering, som tillot dem å unngå "mønster vekstfaktorforhold." De sier at disse betingelsene vanligvis brukes for å generere bestemte celleidentiteter fra stamceller.

Dr. Jürgen Knoblich fra IMBA og lederstudieforfatter forklarer prosessen:

"Vi endret en etablert tilnærming til å generere såkalt nevroektoderm, et cellelag hvorfra nervesystemet kommer fra. Fragmenter av dette vevet ble deretter opprettholdt i en 3D-kultur og innebygd i dråper av en spesifikk gel som ga et stillas for komplekst vev vekst."

"For å øke næringsinntaket overførte vi senere geledråpene til en spinnende bioreaktor. Innen 3 til 4 uker ble definerte hjernegrupper dannet."

Et tverrsnitt av en "mini-hjerne" som viser utvikling av forskjellige hjernegrupper. Celler er blå, neurale stamceller er røde, og nevroner er grønne.

Opphavsrett: IMBA / Madeline A. Lancaster

"Mini-hjerner" vokst etter 2 måneder

"Cerebral organoids" dannet etter 15-20 dager. Disse organoider hadde kontinuerlig vev (neuroepithelia) rundt et væskefylt hulrom som ligner på en hjerne-ventrikel - et hulrom i hjernen som er kontinuerlig med ryggradens sentrale kanal.

Definerte områder av hjernen - inkludert en hjernebark, retina, meninges og en choroid plexus - utviklet etter 20-30 dager.

Etter 2 måneder, var full størrelse "mini-hjerner" blitt opprettet som har fortsatt å overleve i en spinnende bioreaktor, og de overlever for tiden på 10 måneder.

Studieforfatterne sier:

"Vi har etablert en roman tilnærming til å studere menneskelige nevroutviklingsprosesser gjennom in vitro-kultur av cerebrale organoider fra humane pluripotente stamceller.

Denne metoden rekapitulerer ikke bare grunnleggende mekanismer for pattedyrs nevroutvikling, men viser også egenskaper ved utvikling av menneskelig hjerne. Vi håper at denne metoden vil tillate studiet av en rekke neurodevelopmental prosesser som er spesifikke for menneskelig hjerneutvikling."

Potensial for "modellhjerner"

Forskerne sier at denne metoden kan potensielt brukes til å skape "modell systemer" for menneskers hjernesykdommer.

De har allerede brukt "mini-hjernene" for å analysere starten av mikrocefali - en genetisk nevrologisk tilstand hvor hjernen er signifikant redusert i størrelse.

Laget opprettet induserte pluripotente stamceller fra en pasient med mikrocefali. Ved å gjøre det var de i stand til å lage "mini-hjerner" som var alle berørt av uorden.

Hjernen vokste til en mindre størrelse, akkurat som forskerne forventet. Imidlertid var de interessert i å finne at selv om nevropitilvevet vokste til en mindre størrelse i mikrocephaly-hjernen sammenlignet med de som ikke hadde uorden, var det økt nevronutvækst.

Fra dette mener studieforfatterne at under hjernens utvikling av mikrocefaliepatienter begynner differensieringen i nevron utviklingen "for tidlig på bekostning av stamme og stamceller som ellers ville bidra til en mer uttalt vekst i hjernestørrelse."

I tillegg oppdaget de at en annen årsak til forstyrrelsen kunne skyldes en retningsendring når stamceller splittet.

Dr. Madeline Lancaster, første forfatter av studien, sier at i tillegg til potensialet for ny innsikt i utviklingen av menneskers hjerneforstyrrelser, vil også småhjerner være av stor interesse for den farmasøytiske og kjemiske industrien.

"De tillater testing av terapier mot hjernesvikt og andre nevrologiske sykdommer," sier Dr. Lancaster. "Videre vil de muliggjøre analysen av effektene som spesifikke kjemikalier har på hjernens utvikling."

The New Scientist-video av den lille menneskelige hjernen laget i et laboratorium.

Lazer Team (Video Medisinsk Og Faglig 2023).