Hodowla „mini mózgów” – czy to możliwe?

Zespół dr. Roberta Krencika z Houston Methodist Research Institute pracuje nad możliwością hodowli „mini mózgów” z ludzkich komórek macierzystych. Dostępność takich struktur pozwoli na szybsze opracowywanie strategii leczenia chorób oraz urazów układu nerwowego, zarówno mózgu, jak i rdzenia kręgowego.
Źródło: https://www.houstonmethodist.org/newsroom/3-d-mini-brains-accelerate-research-for-repairing-brain-function/

Według najnowszych badań, przeciętny ludzki mózg o masie 1 508 g składa się z około 86 miliardów neuronów (komórek nerwowych) oraz 85 miliardów komórek glejowych, które służą do wspomagania i ochrony neuronów. Każdy neuron może być połączony z 10 000 innych neuronów, przekazując sygnały do ​​siebie poprzez 1 000 bilionów połączeń synaptycznych. Odtworzenie tak skomplikowanej struktury w warunkach laboratoryjnych jest ogromnym wyzwaniem dla naukowców.

Do tej pory procesy oraz interakcje biochemiczne zachodzące pomiędzy komórkami ośrodkowego układu nerwowego były badane in vitro na modelach „dwuwymiarowych”. Niestety tak prowadzone badania nie znajdują potwierdzenia w in vivo. Wynika to z faktu, że komórki hodowane np. na szalce Petriego mają sztuczne warunki do życia. Żeby badania były bardziej zbliżone do naturalnych warunków, musiałyby one zostać przeprowadzone w otoczeniu 3D. Sam dr Krencik mówi:

Zawsze czuliśmy, że to, co robimy w laboratorium, nie jest dokładnym modelowaniem działania komórek w ludzkim mózgu. Tak więc, po raz pierwszy, gdy zestawialiśmy te komórki systemowo, dramatycznie zmieniły one swoją morfologię, wielkość i kształt. Wyglądają jak komórki, które można zobaczyć w ludzkim mózgu, więc teraz możemy badać komórki w laboratorium w bardziej naturalnym środowisku.

Zespół dr. Krencika skoncentrował się na komórkach glejowych o kształcie gwiazdy zwanych astrocytami, ponieważ odgrywają one kluczową rolę w komunikowaniu się neuronów poprzez pomoc w zwiększaniu liczby i siły połączeń neuronalnych w mózgu oraz rdzeniu kręgowym. Ponadto astrocyty są odpowiedzialne za utrzymanie prawidłowego działania układu nerwowego. Włączenie astrocytów do modelu umożliwiło zespołowi dr. Krencika przyspieszenie połączenia i komunikacji neuronów.

Grupa kierowana przez naukowca, jako pierwsza zastosowała astrocyty do hodowli miniaturowych mózgów 3D. W ten sposób doprowadziło to do przyspieszonego dojrzewania zarówno astrocytów, jak i otaczających je neuronów. Dr Krecik nazwał swoje struktury 3D "asteroidami", aby odróżnić je od innych typów komórek hodowanych 3D, znanych jako organoidy. Jego"asteroidy" zawierają określone populacje astrocytów, podczas gdy organoidy mają niezdefiniowaną liczbę i typy komórek.

Korzystając z naszego systemu, możemy wytworzyć dojrzałe astrocyty i sprawić, by oddziaływały one z neuronami w większym stopniu niż dotychczas"

- powiedział dr Krencik. Zwrócił też uwagę, że:

W przeciwieństwie do innych komórek w mózgu i reszcie ciała, astrocyty mają unikalne właściwości u ludzi. Uważa się, że są one częściowo odpowiedzialne za unikalne funkcje poznawcze człowieka i mogą również leżeć u podstaw wielu chorób, takich jak choroba Alzheimera i autyzm.

Obecnie zespół naukowca używa "asteroid" do tworzenia funkcjonalnych sieci neuronowych, które można zastosować w celu opracowania nowych terapii i badania genezy wielu chorób. W ciągu najbliższych pięciu lat, zespół dr. Krencika zamierza wykorzystać „ mini mózgi” do opracowania badań klinicznych mających na celu poprawę lub regenerację upośledzonego układu nerwowego.