Det har forskare för första gången gjort 3D-modeller av hjärnan skapade som innehåller olika celltyper från flera personer 1. Dessa "by i en skål" organoider kan hjälpa till att avslöja varför hjärnans svar på droger varierar från person till person.

Andra team har skapat 2D-skivor av hjärnceller från mer än en mänsklig donator 2, men detta arbete rapporterar robusta 3D-system som lämpar sig för forskning.

"Det är en riktigt kraftfull teknik och ett tillvägagångssätt", säger Tomasz Nowakowski, biolog vid University of California, San Francisco, som inte var inblandad i studien. Många grupper kommer sannolikt att använda den här metoden, tillägger han. "Det är ett tekniskt mästerverk."

Dessa chimära kulturer, som författarna kallar chimeroider, kombinerar celler från upp till fem donatorer. Framtida versioner kan hysa celler från hundratals människor. "Tänk om vi en dag kunde använda chimeroider som avatarer för att förutsäga individuella svar på nya terapier innan vi testar dem i en prövning? Jag gillar att föreställa mig den framtiden", säger Paola Arlotta, stamcellsbiolog vid Harvard University i Cambridge, Massachusetts, och senior författare till studien som publicerades idag iNaturpublicerades.

Det krävs en by

Modellsystem som kallas organoider efterliknar den cellulära sammansättningen av organ som tarmar och lungor. Forskare gör dem genom att bada stamceller från en mänsklig donator i en exakt formulerad cocktail av kemikalier, som stimulerar stamcellerna att utvecklas till alla de celltyper som vanligtvis finns i ett givet organ. Odlingsförhållandena uppmuntrar också cellerna att samlas till en komplex 3D-form.

Hjärnorganoider är särskilt långsamt växande och svåra att hantera, och forskare letar efter bättre sätt att göra dem. Ett tillvägagångssätt var att kombinera celler från flera donatorer till en enda organoid. Multidonatorcellkluster kan vara lättare att hantera och fånga en mängd olika mänskliga genetik i en enda modell. Men eftersom moderstamcellerna växer i olika takt tar snabbt växande linjer oundvikligen över.

Av många, en

Tricket, rapporterar Arlotta och hennes kollegor, är att först skapa en serie organoider av en enda donator. När dessa mognar antar cellerna i alla organoider liknande tillväxthastigheter. Genom att homogenisera dessa strukturer och slå samman cellerna är det möjligt att odla en sammansatt organoid. Författarnas chimeroider har expanderat till cirka 3-5 millimeter efter tre månader och innehåller samma celltyper som finns i fetal kortikal vävnad.

"Detta är ett riktigt stort framsteg", säger Robert Vries, vd för organoidforskningsföretaget HUB Organoids i Utrecht, Nederländerna. Samhället som studerar det centrala nervsystemet "behöver verkligen fler organiska system."

Chimeroider bör göra det möjligt för forskare att ta reda på om läkemedel kommer att ha olika effekter på olika människor. Som ett testfall behandlade teamet multidonatororganoiderna med neurotoxiska läkemedel. Etanol, som orsakar fetalt alkoholsyndrom, minskade antalet celler i en enda donatorcellinje. Celler från denna donator växte snabbare när de kombinerades med valproinsyra, ett antiepileptiskt läkemedel som är associerat med en ökad risk för Autismspektrumstörning är förknippad med barni livmodernkom i kontakt med den.

Växtvärk

Det kommer dock att krävas noggrant uppföljningsarbete för att säkerställa att effekterna som observeras i de chimära modellerna uppstår från genetiken hos en viss cellinje och inte från en interaktion mellan tätt packade celler, varnar Vries.

Chimeroider är också arbetskrävande att producera, tillägger Nowakowski, som studerar modellen i sitt labb. Men automatiserade cellodlingssystem borde underlätta arbetsbördan och göra dessa modeller lämpliga för effektivare experiment på hjärnsjukdomar.