For første gang har forskere 3D-modeller af hjernen oprettet, der indeholder forskellige celletyper fra flere personer 1. Disse "landsby i en skål"-organoider kunne hjælpe med at afsløre, hvorfor hjernens reaktion på stoffer varierer fra person til person.

Andre hold har skabt 2D-skiver af hjerneceller fra mere end én menneskelig donor 2, men dette arbejde rapporterer robuste 3D-systemer, der er egnede til forskning.

"Det er en virkelig kraftfuld teknologi og tilgang," siger Tomasz Nowakowski, biolog ved University of California, San Francisco, som ikke var involveret i undersøgelsen. Mange grupper vil sandsynligvis bruge denne metode, tilføjer han. "Det er et teknisk mesterværk."

Disse kimære kulturer, som forfatterne kalder kimæroider, kombinerer celler fra op til fem donorer. Fremtidige versioner kan huse celler fra hundredvis af mennesker. "Hvad hvis vi en dag kunne bruge kimeroider som avatarer til at forudsige individuelle reaktioner på nye terapeutiske midler, før vi tester dem i et forsøg? Jeg kan godt lide at forestille mig den fremtid," siger Paola Arlotta, en stamcellebiolog ved Harvard University i Cambridge, Massachusetts, og seniorforfatter af undersøgelsen offentliggjort i dag iNaturblev offentliggjort.

Det kræver en landsby

Modelsystemer kaldet organoider efterligner den cellulære sammensætning af organer som tarme og lunger. Forskere fremstiller dem ved at bade stamceller fra en menneskelig donor i en præcist formuleret cocktail af kemikalier, som stimulerer stamcellerne til at udvikle sig til alle de celletyper, der typisk findes i et givet organ. Kulturbetingelserne tilskynder også cellerne til at samles i en kompleks 3D-form.

Hjerneorganoider er særligt langsomtvoksende og svære at håndtere, og forskere leder efter bedre måder at skabe dem på. En tilgang var at kombinere celler fra flere donorer til en enkelt organoid. Multidonorcelleklynger kunne være lettere at håndtere og fange en bred vifte af human genetik i en enkelt model. Men fordi de overordnede stamceller vokser med forskellige hastigheder, tager hurtigt voksende linjer uundgåeligt over.

Ud af mange, én

Tricket, rapporterer Arlotta og hendes kolleger, er først at skabe en række enkeltdonororganoider. Efterhånden som disse modnes, antager cellerne i alle organoider lignende væksthastigheder. Ved at homogenisere disse strukturer og samle cellerne sammen, er det muligt at dyrke en sammensat organoid. Forfatternes kimeroider er udvidet til omkring 3-5 millimeter efter tre måneder og indeholder de samme celletyper, der findes i føtalt kortikalt væv.

"Dette er et virkelig stort fremskridt," siger Robert Vries, administrerende direktør for organoidforskningsfirmaet HUB Organoids i Utrecht, Holland. Samfundet, der studerer centralnervesystemet, "har virkelig brug for flere organoide systemer."

Chimeroider bør give forskere mulighed for at finde ud af, om lægemidler vil have forskellige virkninger på forskellige mennesker. Som en testcase behandlede holdet multidonororganoiderne med neurotoksiske lægemidler. Ethanol, som forårsager føtalt alkoholsyndrom, reducerede antallet af celler i en enkelt donorcellelinje. Celler fra denne donor voksede hurtigere, når de blev kombineret med valproinsyre, et antiepileptisk lægemiddel, der er forbundet med en øget risiko for Autismespektrumforstyrrelse er forbundet med børni uterokom i kontakt med det.

Voksesmerter

Det vil dog være nødvendigt med et omhyggeligt opfølgningsarbejde for at sikre, at de effekter, der observeres i de kimære modeller, stammer fra genetikken i en bestemt cellelinje og ikke fra en interaktion mellem tætpakkede celler, advarer Vries.

Chimeroider er også arbejdskrævende at producere, tilføjer Nowakowski, som studerer modellen i sit laboratorium. Men automatiserede cellekultursystemer skulle lette arbejdsbyrden og gøre disse modeller egnede til mere effektive eksperimenter med hjernesygdomme.