Naukowcy po raz pierwszy to zrobili Modele 3D mózgu utworzone, które zawierają różne typy komórek od wielu osób 1. Te organoidy „wioski w misce” mogą pomóc odkryć, dlaczego reakcja mózgu na leki różni się w zależności od osoby.

Inne zespoły stworzyły dwuwymiarowe wycinki komórek mózgowych od więcej niż jednego ludzkiego dawcy 2, ale w tej pracy opisano solidne systemy 3D nadające się do badań.

„To naprawdę potężna technologia i podejście” – mówi Tomasz Nowakowski, biolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, który nie brał udziału w badaniach. Dodaje, że wiele grup prawdopodobnie zastosuje tę metodę. „To techniczne arcydzieło”.

Te chimeryczne kultury, które autorzy nazywają chimeroidami, łączą komórki od maksymalnie pięciu dawców. Przyszłe wersje mogą pomieścić komórki setek ludzi. „A co by było, gdybyśmy pewnego dnia mogli wykorzystać chimeroidy jako awatary do przewidywania indywidualnych reakcji na nowe leki przed przetestowaniem ich w fazie próbnej? Lubię wyobrażać sobie tę przyszłość” – mówi Paola Arlotta, biolog zajmujący się komórkami macierzystymi na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge w stanie Massachusetts i główna autorka badania opublikowanego dzisiaj w czasopiśmieNaturazostał opublikowany.

Potrzebna jest wioska

Układy modelowe zwane organoidami naśladują skład komórkowy narządów jak jelita i płuca. Naukowcy wytwarzają je poprzez kąpiel komórek macierzystych ludzkiego dawcy w precyzyjnie opracowanym koktajlu substancji chemicznych, który stymuluje komórki macierzyste do przekształcenia się we wszystkie typy komórek typowo obecne w danym narządzie. Warunki hodowli zachęcają również komórki do łączenia się w złożony kształt 3D.

Organoidy mózgowe rosną szczególnie wolno i są trudne w obróbce, dlatego badacze szukają lepszych sposobów ich wytwarzania. Jednym z podejść było połączenie komórek od wielu dawców w jeden organoid. Klastry komórek wielu dawców mogłyby być łatwiejsze w obsłudze i umożliwiać uchwycenie szerokiej gamy genów człowieka w jednym modelu. Ponieważ jednak macierzyste komórki macierzyste rosną w różnym tempie, szybko rosnące linie nieuchronnie przejmują kontrolę.

Spośród wielu, jeden

Cały trik, jak podają Arlotta i jej współpracownicy, polega na stworzeniu najpierw serii organoidów pochodzących od jednego dawcy. W miarę dojrzewania komórki we wszystkich organoidach osiągają podobne tempo wzrostu. Homogenizując te struktury i łącząc komórki, możliwe jest wyhodowanie złożonego organoidu. Chimeroidy autorów powiększyły się do około 3-5 milimetrów po trzech miesiącach i zawierają te same typy komórek, które występują w tkance korowej płodu.

„To naprawdę duży postęp” – mówi Robert Vries, dyrektor zarządzający firmy badawczej HUB Organoids w Utrechcie w Holandii. Społeczność badająca centralny układ nerwowy „naprawdę potrzebuje więcej układów organoidalnych”.

Chimeroidy powinny umożliwić badaczom ustalenie, czy leki będą miały różny wpływ na różnych ludzi. W ramach testu zespół potraktował organoidy pochodzące od wielu dawców lekami neurotoksycznymi. Etanol, który powoduje płodowy zespół alkoholowy, zmniejszył liczbę komórek w linii komórkowej pojedynczego dawcy. Komórki od tego dawcy rosły szybciej w połączeniu z kwasem walproinowym – lekiem przeciwpadaczkowym, który wiąże się ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia Zaburzenia ze spektrum autyzmu kojarzy się z dziećmiw macicyzetknął się z tym.

Rosnące bóle

Jednakże konieczne będą dokładne dalsze prace, aby upewnić się, że efekty obserwowane w modelach chimerycznych wynikają z genetyki konkretnej linii komórkowej, a nie z interakcji pomiędzy gęsto upakowanymi komórkami, ostrzega Vries.

Produkcja chimeroidów jest również pracochłonna – dodaje Nowakowski, który bada model w swoim laboratorium. Jednak zautomatyzowane systemy hodowli komórkowych powinny zmniejszyć obciążenie pracą i sprawić, że modele te nadadzą się do bardziej wydajnych eksperymentów nad chorobami mózgu.