Лаборатория

Краткое содержание:Исследователи разработали инновационный метод производства выращенных в лаборатории мини-мозгов, известных как органоиды человеческого мозга, свободных от клеток животных, что обещает более точное изучение и лечение нейродегенеративных состояний.

Раньше органоиды головного мозга выращивали с использованием вещества, полученного из саркомы мышей, под названием Matrigel, что приводило к несоответствиям из-за его неопределенного состава и изменчивости. В новом методе используется сконструированный внеклеточный матрикс, не содержащий компонентов животного происхождения, что улучшает нейрогенез органоидов головного мозга.

Этот прорыв позволяет более точно воспроизвести состояния человеческого мозга и может открыть двери для персонализированного лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как БАС и болезнь Альцгеймера.

Ключевые факты:

Источник:университет Мичигана

Исследователи из Мичиганского университета разработали метод создания искусственно выращенного миниатюрного мозга, называемого органоидами человеческого мозга, без животных клеток, который может значительно улучшить способы изучения и, в конечном итоге, лечения нейродегенеративных состояний.

За последнее десятилетие исследования неврологических заболеваний ученые изучали возможность использования органоидов человеческого мозга в качестве альтернативы моделям на мышах.

Эти самоорганизующиеся трехмерные ткани, полученные из эмбриональных или плюрипотентных стволовых клеток, более точно моделируют сложную структуру мозга по сравнению с обычными двумерными культурами.

До сих пор созданная сеть белков и молекул, придающих структуру клеткам в органоидах мозга, известная как внеклеточные матриксы, часто использовала вещество, полученное из саркомы мышей, под названием Matrigel.

Этот метод имеет существенные недостатки, связанные с относительно неопределенным составом и изменчивостью от партии к партии.

Последнее исследование УМ, опубликованное в журнале «Анналы клинической и трансляционной неврологии», предлагает решение, позволяющее преодолеть недостатки Матригеля.

Исследователи создали новый метод культивирования, который использует сконструированный внеклеточный матрикс для органоидов головного мозга человека — без присутствия компонентов животного происхождения — и усиливает нейрогенез органоидов головного мозга по сравнению с предыдущими исследованиями.

«Этот прогресс в разработке органоидов человеческого мозга, не содержащих компонентов животного происхождения, позволит добиться значительных успехов в понимании биологии развития нервной системы», — сказал старший автор Йорг Лаханн, доктор философии, директор Института биоинтерфейсов UM и университетский профессор Вольфганга Паули. Химическая инженерия в UM.

«Ученые уже давно пытаются перенести исследования на животных в клинический мир, и этот новый метод облегчит путь трансляционных исследований из лаборатории в клинику».

Основополагающий внеклеточный матрикс органоидов головного мозга исследовательской группы состоял из фибронектина человека, белка, который служит нативной структурой для прикрепления, дифференцировки и созревания стволовых клеток. Их поддерживал высокопористый полимерный каркас.

Органоиды культивировали в течение нескольких месяцев, а сотрудники лаборатории не могли войти в здание из-за пандемии COVID-19.

Используя протеомику, исследователи обнаружили, что органоиды их мозга вырабатывают спинномозговую жидкость — прозрачную жидкость, которая течет вокруг здорового головного и спинного мозга. Эта жидкость более точно соответствовала СМЖ взрослого человека по сравнению с результатами знакового исследования органоидов головного мозга человека, разработанного в Matrigel.

«Когда наш мозг естественным образом развивается внутриутробно, он, конечно, не растет на ложе внеклеточного матрикса, вырабатываемого раковыми клетками мыши», — сказала первый автор Айше Муньис, доктор философии, аспирантка Макромолекулярной науки UM. и инженерная программа на момент работы.

«Поместив клетки в специально созданную нишу, которая больше напоминает их естественную среду, мы предсказали, что будем наблюдать различия в развитии органоидов, которые более точно имитируют то, что мы видим в природе».

Успех этих не ксеногенных органоидов человеческого мозга открывает двери для перепрограммирования с помощью клеток пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, говорит соавтор Ева Фельдман, доктор медицинских наук, директор Центра передового опыта БАС в UM, и Джеймс У. Альберс, заслуженный профессор неврологии Медицинской школы UM.