Wykorzystanie organoidów mózgowych w celu opracowania innowacyjnych metod leczenia schizofrenii
W przypadku choroby psychicznej, takiej jak schizofrenia, pacjenta diagnozuje się na podstawie objawów psychiatrycznych. Nie da się ich rozpoznać, przeprowadzając test laboratoryjny z wykorzystaniem probówki czy urządzenia. Konieczne jest tu poświęcenie czasu na rozmowę z pacjentem i ocenę jego zachowania. Do momentu, gdy zachowanie pacjenta zmieni się na tyle, by umożliwić postawienie diagnozy, choroba będzie już w tak zaawansowanym stadium, że radykalnie zmieni biologię komórkową w mózgu chorego. Dlatego też nie da się zbadać wczesnych etapów choroby.
Organoidy jako potencjalne rozwiązanie
„W tej sytuacji przydają się organoidy mózgowe wykorzystywane jako model wczesnego etapu rozwoju ludzkiego mózgu”, stwierdza Joshua Bagley, pracownik naukowy studiów podyplomowych w austriackim Instytucie Biotechnologii Molekularnej oraz stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”. Jako że jeden określony typ neuronów, interneuron z podtypu GABAergic, jest prawdopodobnie powiązany z patogenezą schizofrenii, projekt koncentrował się na zbadaniu, w jaki sposób neurony hamujące mogą łączyć się ze schizofrenią. „Najpierw opracowaliśmy model organoidowy mózgu, który wytwarzał neurony pełniące funkcję inhibitorów. Interneurony są oznaczone barwnikiem fluorescencyjnym, można je więc obserwować w żywej tkance. Fluorescencyjne oznaczenie umożliwiło nam zbadanie zachowania komórkowego”, wyjaśnia Bagley. „Na koniec wprowadziliśmy mutacje do genów powiązanych ze schizofrenią i przeanalizowaliśmy, jak zmieniło się zachowanie interneuronów. Umożliwiło nam to osiągnięcie naszego ostatecznego celu, czyli zrozumienie roli genów powiązanych ze schizofrenią w rozwoju znajdujących się w mózgu neuronów pełniących rolę inhibitorów”. Ale jak właściwie tworzy się organoid mózgowy? „Komórki skóry lub krwi można zgromadzić i przeprogramować w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC)”, stwierdza Bagley. „Następnie można zainicjować wzrost lub różnicowanie tych komórek, tak by uzyskać wszystkie tkanki ciała”. W przypadku organoidów mózgowych badacze wykorzystali takie komórki macierzyste, by wyhodować tkankę mózgową. Wynik końcowy to zróżnicowana trójwymiarowa tkanka składająca się ze zorganizowanych warstw komórek, jakie można zaobserwować na wczesnym etapie rozwoju mózgu płodu.
Pokonanie dużej przeszkody
Uczestnicy projektu Schizophrenia Organoids musieli stawić czoła jednemu dużemu problemowi. Aby podkreślić patologiczne wady mózgu pacjenta ze schizofrenią, Bagley wraz z zespołem chcieli utworzyć reporter PV-GFP. Parwalbumina (PV) jest markerem bardzo szczególnej podgrupy neuronów hamujących, które zaznaczają istnienie takich wad. „Ekspresja PV jest najsilniejsza, gdy neurony są starsze lub bardziej dojrzałe, przez co trudno jest uwidocznić neurony PV w niedojrzałej tkance mózgowej, w tym także w organoidach mózgowych”. Aby pokonać tę przeszkodę, badacze skoncentrowali się na wykorzystaniu reportera właściwego dla neuronów hamujących, zwanego DLXi56-GFP. Umożliwiło to zespołowi przeanalizowanie specyficznej populacji neuronów w organoidach, a do tego zmniejszyło zmienność końcowego odczytu z przeprowadzonego testu.
Z myślą o przyszłości
Badania koncentrujące się na organoidach mózgowych są nadal na bardzo wczesnym etapie, jednak Joshua Bagley zamierza przyczynić się do postępów w tej dziedzinie nauki. „W 2020 roku przejdę z sektora naukowego do sektora przemysłowego, dołączając do ekscytującego nowego start-upu w Wiedniu, a:head Bio. Będzie on koncentrować się na wykorzystaniu organoidów mózgowych do opracowywania nowych leków na schorzenia mózgu”, podsumowuje badacz.
Słowa kluczowe
Schizophrenia Organoids, organoidy mózgowe, schizofrenia, interneuron, iPSC, neurony hamujące, geny
