Για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν 3D μοντέλα του εγκεφάλου δημιουργήθηκαν που περιέχουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων από πολλά άτομα 1. Αυτά τα οργανοειδή «χωριό σε ένα μπολ» θα μπορούσαν να βοηθήσουν να αποκαλυφθεί γιατί η απόκριση του εγκεφάλου στα φάρμακα διαφέρει από άτομο σε άτομο.

Άλλες ομάδες έχουν δημιουργήσει 2D φέτες εγκεφαλικών κυττάρων από περισσότερους από έναν ανθρώπινο δωρητή 2, αλλά αυτή η εργασία αναφέρει ισχυρά τρισδιάστατα συστήματα κατάλληλα για έρευνα.

«Είναι μια πραγματικά ισχυρή τεχνολογία και προσέγγιση», λέει ο Tomasz Nowakowski, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Πολλές ομάδες πιθανότατα θα χρησιμοποιήσουν αυτή τη μέθοδο, προσθέτει. «Είναι ένα τεχνικό αριστούργημα».

Αυτές οι χιμαιρικές καλλιέργειες, τις οποίες οι συγγραφείς αποκαλούν χιμαιροειδή, συνδυάζουν κύτταρα από έως και πέντε δότες. Οι μελλοντικές εκδόσεις θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν κύτταρα από εκατοντάδες ανθρώπους. "Τι θα γινόταν αν μπορούσαμε μια μέρα να χρησιμοποιήσουμε τα χιμαιροειδή ως είδωλα για να προβλέψουμε μεμονωμένες αποκρίσεις σε νέες θεραπευτικές ουσίες πριν τις δοκιμάσουμε σε μια δοκιμή; Μου αρέσει να φαντάζομαι αυτό το μέλλον", λέει η Paola Arlotta, βιολόγος βλαστοκυττάρων στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης και ανώτερη συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε σήμερα στοΦύσηδημοσιεύθηκε.

Χρειάζεται ένα χωριό

Μοντέλα συστήματα που ονομάζονται οργανοειδή μιμούνται την κυτταρική σύνθεση των οργάνων όπως τα έντερα και οι πνεύμονες. Οι ερευνητές τα κατασκευάζουν λούζοντας βλαστοκύτταρα από ανθρώπινο δότη σε ένα ακριβές κοκτέιλ χημικών ουσιών, το οποίο διεγείρει τα βλαστοκύτταρα να αναπτυχθούν σε όλους τους τύπους κυττάρων που συνήθως υπάρχουν σε ένα δεδομένο όργανο. Οι συνθήκες καλλιέργειας ενθαρρύνουν επίσης τα κύτταρα να ενωθούν σε ένα περίπλοκο τρισδιάστατο σχήμα.

Τα οργανοειδή του εγκεφάλου αναπτύσσονται ιδιαίτερα αργά και είναι δύσκολο να τα χειριστούν, και οι ερευνητές αναζητούν καλύτερους τρόπους για να τα φτιάξουν. Μια προσέγγιση ήταν να συνδυαστούν κύτταρα από πολλαπλούς δότες σε ένα μόνο οργανοειδές. Συστάδες κυττάρων πολυδότων θα μπορούσαν να είναι πιο εύκολο να χειριστούν και να συλλάβουν μια μεγάλη ποικιλία ανθρώπινης γενετικής σε ένα μόνο μοντέλο. Ωστόσο, επειδή τα μητρικά βλαστοκύτταρα αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς, οι ταχέως αναπτυσσόμενες γραμμές αναπόφευκτα αναλαμβάνουν τη σκυτάλη.

Από τα πολλά, ένα

Το κόλπο, αναφέρουν η Arlotta και οι συνάδελφοί της, είναι να δημιουργηθεί πρώτα μια σειρά οργανοειδών ενός δότη. Καθώς αυτά ωριμάζουν, τα κύτταρα σε όλα τα οργανοειδή λαμβάνουν παρόμοιους ρυθμούς ανάπτυξης. Με την ομογενοποίηση αυτών των δομών και τη συγκέντρωση των κυττάρων μαζί, είναι δυνατό να αναπτυχθεί ένα σύνθετο οργανοειδές. Τα χιμαιροειδή των συγγραφέων έχουν επεκταθεί σε περίπου 3-5 χιλιοστά μετά από τρεις μήνες και περιέχουν τους ίδιους τύπους κυττάρων που υπάρχουν στον φλοιό του εμβρύου.

«Αυτή είναι μια πραγματικά μεγάλη πρόοδος», λέει ο Robert Vries, διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας οργανοειδών ερευνών HUB Organoids στην Ουτρέχτη της Ολλανδίας. Η κοινότητα που μελετά το κεντρικό νευρικό σύστημα «χρειάζεται πραγματικά περισσότερα οργανοειδή συστήματα».

Τα χιμαιροειδή θα πρέπει να επιτρέπουν στους ερευνητές να καταλάβουν εάν τα φάρμακα θα έχουν διαφορετικά αποτελέσματα σε διαφορετικούς ανθρώπους. Ως δοκιμαστική περίπτωση, η ομάδα αντιμετώπισε τα πολυδότες οργανοειδή με νευροτοξικά φάρμακα. Η αιθανόλη, η οποία προκαλεί το εμβρυϊκό αλκοολικό σύνδρομο, μείωσε τον αριθμό των κυττάρων σε μία κυτταρική σειρά δότη. Τα κύτταρα από αυτόν τον δότη αναπτύχθηκαν ταχύτερα όταν συνδυάστηκαν με βαλπροϊκό οξύ, ένα αντιεπιληπτικό φάρμακο που σχετίζεται με αυξημένο κίνδυνο Διαταραχή Αυτιστικού Φάσματος συνδέεται με τα παιδιάστη μήτραήρθε σε επαφή μαζί του.

Αυξανόμενοι πόνοι

Ωστόσο, θα απαιτηθεί προσεκτική εργασία παρακολούθησης για να διασφαλιστεί ότι τα αποτελέσματα που παρατηρούνται στα χιμαιρικά μοντέλα προκύπτουν από τη γενετική μιας συγκεκριμένης κυτταρικής σειράς και όχι από μια αλληλεπίδραση μεταξύ στενά συσκευασμένων κυττάρων, προειδοποιεί ο Vries.

Τα χιμαιροειδή είναι επίσης εντάσεως εργασίας στην παραγωγή, προσθέτει ο Nowakowski, ο οποίος μελετά το μοντέλο στο εργαστήριό του. Ωστόσο, τα αυτοματοποιημένα συστήματα κυτταροκαλλιέργειας θα πρέπει να διευκολύνουν τον φόρτο εργασίας και να κάνουν αυτά τα μοντέλα κατάλληλα για πιο αποτελεσματικά πειράματα σε εγκεφαλικές παθήσεις.