Rozwój przełącznika polaryzacji GABA i plastyczności neuronów w biotechnologicznie wytwarzanych organoidach neuronalnych

Po raz pierwszy naukowcom z UMG i Cluster of Excellence „Multiscale Bioimaging” (MBExC), a także z Niemieckiego Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych (DZNE) udało się stworzyć sieci neuronowe z funkcjami ludzkiego mózgu z ludzkiego, indukowanego pluripotencjalnego pnia komórki. Tkanki znane jako bioinżynieryjne organoidy neuronalne (BENO) wykazują morfologiczne właściwości ludzkiego mózgu. Rozwijają również funkcje, które są ważne dla rozwoju funkcji uczenia się i pamięci. Opublikowano w Nature Communications.

Źródło: Uniwersyteckie Centrum Medyczne w Getyndze: Obrazy z Zafeiriou et al. (2020) Przełącznik polaryzacji GABA i plastyczność neuronów w bioinżynieryjnych organoidach neuronalnych. Nat Commun, 11, 3791.

Po lewej: Przedstawienie „Bioinżynieryjnego neuronowego organoidu” (BENO) wyprodukowanego zgodnie z metodą opracowaną przez Zafeiriou et al. opublikowana procedura; tworzenie struktury sieci neuronowej uwidacznia się poprzez zabarwienie markerów neuronowych (białko związane z mikrotubulami 2; kolor niebieski) i neurofilamentów (kolor zielony) oraz komórek glejowych (kwaśne białko włókienkowe gleju; kolor czerwony). Skala: 0,5 mm. Po prawej: Rozszerzenie struktury sieci neuronowej w BENO. Po zabarwieniu białka neurofilamentu aksony neuronów są zaznaczone na zielono, aktywując neurony glutaminergiczne w czerwieni i jądra komórkowe na niebiesko

Organoidy mózgu są obiecującymi narzędziami do modelowania chorób i opracowywania leków. Aby prawidłowo utworzyć sieć neuronową, neurony pobudzające i hamujące oraz komórki glejowe muszą rozwijać się razem. Tutaj opisujemy ukierunkowaną samoorganizację wywołanych przez człowieka pluripotencjalnych organoidów pnia mózgu. Organoidy mózgu są obiecującymi narzędziami do modelowania chorób i opracowywania leków. Aby prawidłowo utworzyć sieć neuronową, muszą rozwinąć się neurony pobudzające i hamujące oraz komórki glejowe. Tutaj opisujemy ukierunkowaną samoorganizację indukowanych przez człowieka pluripotencjalnych komórek macierzystych w hydrożelu kolagenowym w kierunku wysoce usieciowanej sieci neuronowej w makroskopowym formacie tkanki. Biotechnologicznie opracowane organoidy neuronalne (BENO) obejmują połączone ze sobą neurony pobudzające i hamujące ze wspomagającymi astrocytami i oligodendrocytami. Zdarzenia gigantycznego potencjału depolaryzacji (GDP), obserwowane we wczesnych kulturach BENO, naśladują wczesną aktywność sieciową mózgu płodu. Obserwowana zmiana polaryzacji GABA i zmniejszone PKB w> 40 dni BENO wskazują na postępujące dojrzewanie sieci neuronowej. BENO wykazują przyspieszony rozwój złożonych przerw w sieci po dwóch miesiącach i oznaki długotrwałego wzmocnienia. Podobieństwo właściwości strukturalnych i funkcjonalnych do właściwości mózgu płodu może umożliwić wykorzystanie BENO w badaniach plastyczności neuronalnej i modelowaniu chorób. Komórki hydrożelu kolagenu tworzą silnie połączoną sieć neuronową w makroskali. Biotechnologicznie opracowane organoidy neuronalne (BENO) obejmują połączone ze sobą neurony pobudzające i hamujące ze wspomagającymi astrocytami i oligodendrocytami. Zdarzenia gigantycznego potencjału depolaryzacji (GDP), obserwowane we wczesnych kulturach BENO, naśladują wczesną aktywność sieciową mózgu płodu. Obserwowana zmiana polaryzacji GABA i zmniejszone PKB w> 40 dni BENO wskazują na postępujące dojrzewanie sieci neuronowej. BENO wykazują przyspieszony rozwój złożonych przerw w sieci po dwóch miesiącach i oznaki długotrwałego wzmocnienia. Podobieństwo strukturalnych i funkcjonalnych właściwości do mózgu płodu może umożliwić zastosowanie BENO w badaniach plastyczności neuronalnej i modelowaniu chorób.