Ludzkie hodowane organoidy mózgowe reagują na bodźce wzrokowe

Autor: • Źródło: PAP02 stycznia 2023 06:25

Ludzkie organoidy mózgowe, czyli hodowane w laboratorium trójwymiarowe mikromodele mózgu ludzkiego, po przeszczepieniu do kory mózgowej myszy reagują na bodźce wzrokowe - podobnie, jak otaczająca je tkanka nerwowa – wykazali naukowcy z USA.

Ludzkie hodowane organoidy mózgowe reagują na bodźce wzrokowe
Ludzkie hodowane organoidy mózgowe reagują na bodźce wzrokowe Fot. AdobeStock

Artykuł na ten temat publikuje najnowsze wydanie "Nature Communications".

Ludzkie hodowane organoidy mózgowe reagują na bodźce wzrokowe

Ludzkie organoidy mózgowe są hodowane w laboratorium z indukowanych ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC), które uzyskuje się przeważnie z dojrzałych komórek różnych tkanek. Organoidy te mogą pomóc w badaniach nad rozwojem mózgu a także nad wadami wrodzonymi mózgu czy chorobami neurologicznymi i neurodegeneracyjnymi. Jest to możliwe dlatego, że odtwarzane są w nich częściowo procesy rozwoju kory mózgowej, powstają też obszary odpowiadające różnym obszarom w mózgu ludzkim. Co więcej, aktywność elektryczna neuronów w takich organoidach przypomina aktywność typową dla ludzkiego mózgu.

W najnowszych badaniach naukowcy z University of California w San Diego wykazali, że wszczepione do mysiego mózgu organoidy utworzyły czynnościowe połączenia z neuronami kory mózgu gryzoni oraz że zaczęły reagować na zewnętrzne bodźce wizualne w podobny sposób do otaczającej je tkanki.

Obserwowanie tego na żywo przez kilka miesięcy było możliwe dzięki zastosowaniu nowych technologii. Po pierwsze badacze umieścili na wszczepionych organoidach sieć przezroczystych elektrod grafenowych o niskiej impedancji (niska impedancja została uzyskana dzięki nanocząsteczkom platyny). Rejestrowały one w czasie rzeczywistym aktywność neuronów - zarówno tych obecnych w organoidach, jak i w otaczającej je tkance kory mózgowej myszy. Elektrody pozwoliły zobrazować aktywność pojedynczych neuronów, jak i ich aktywność w całym obszarze (w makroskali). Bodźcem wzrokowym było białe światło LED. Badacze zastosowali je podczas gdy myszy obserwowano pod mikroskopem dwufotonowym (pozwala on obserwować na żywo tkanki do grubości 1 mm).

Aktywność elektryczna neuronów rozprzestrzeniała się w organoidach od obszaru położonego najbliżej kory wzrokowej poprzez powstałe czynnościowe połączenia nerwowe. Dalsze obserwacje aktywności neuronów tworzących organoidy utwierdziły naukowców w tym, że trzy tygodnie po wszczepieniu wytworzyły one połączenia synaptyczne z neuronami kory mózgowej myszy. Doświadczenia kontynuowane przez 11 tygodni potwierdziły, ze doszło do czynnościowej i morfologicznej integracji wszczepionych organoidów z korą mózgu.

Dzięki zastosowaniu mikroskopii dwufotonowej naukowcy wykazali również, że naczynia krwionośne myszy wrastały do organoidów, dostarczając im niezbędne składniki odżywcze i tlen.

Zdaniem pierwszej autorki pracy dr Madison Wilson w żadnym innym badaniu nad organoidami mózgowymi nie udało się jednocześnie zarejestrować aktywności elektrycznej neuronów i zobrazować tkanek. "Nasze eksperymenty ujawniają, że bodźce wzrokowe wywołują odpowiedź elektrofizjologiczną w organoidach, która odpowiada reakcji otaczającej je kory mózgu" - skomentowała badaczka.

Jak podkreśliła współautorka pracy Duygu Kuzum, kierująca zespołem prowadzącym doświadczenia, ten model badawczy stwarza niebywałe możliwości obserwowania zaburzeń funkcjonowania sieci ludzkich neuronów, które leżą u podłoża wad rozwojowych mózgu i chorób neurologicznych. Umożliwia on również badanie organoidów mózgowych jako potencjalnych protez pozwalających przywrócić czynność zdegenerowanych, uszkodzonych czy utraconych obszarów mózgu.

Dowiedz się więcej na temat:
Podaj imię Wpisz komentarz
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin forum
    PARTNER SERWISU
    partner serwisu

    Najnowsze