Organoidy mózgowe zapewniają solidne, trójwymiarowe modele na potrzeby badania ludzkiego rozwoju neurologicznego
Przeszkodą w lepszym zrozumieniu autyzmu i innych zaburzeń neurorozwojowych jest to, że naukowcy nie dysponują żywą tkanką mózgową człowieka, którą mogliby wykorzystać do zbadania tych chorób na poziomie cząsteczkowym i komórkowym. Doprowadziło to do oparcia tych badań na modelach zwierzęcych, które nie są w pełni porównywalne z ludzkimi. Jednak dzięki wsparciu z działań Maria Skłodowska-Curie zespół projektu ProTeAN mógł skorzystać z niedawnych przełomowych odkryć w zakresie wykorzystania komórek macierzystych do tworzenia modeli trójwymiarowych zwanych organoidami. Organoidy mogą naśladować rozwój ludzkiego mózgu. Mogą one również przyswajać sobie funkcje dojrzałego mózgu, takie jak tworzenie aktywnych sieci neuronowych. Zespół stworzył organoidy mózgowe z komórek macierzystych pobieranych z mleka lub zębów mądrości. „Model ten przekonał nas, że jesteśmy na właściwej drodze do lepszego zrozumienia ludzkiej biologii zaburzeń neurorozwojowych”, mówi Catarina Seabra. Jest ona badaczką w Ośrodku Neuronauki i Biologii Komórkowej na Uniwersytecie w Coimbrze w Portugalii, który był gospodarzem projektu. Zespół założył pierwszy w Portugalii biobank komórek macierzystych pochodzących z zębów na potrzeby badań nad zaburzeniami pracy mózgu. Otrzymał on aprobatę etyczną zarówno ze strony Szpitala Pediatrycznego w Coimbrze, jak i Uniwersytetu w Coimbrze. Pozwoliło to na przeprogramowanie komórek tak, aby mogły one stać się praktycznie każdym typem komórek. Zjawisko to znane jest pod pojęciem pluripotencji. W biobanku znajdują się komórki macierzyste z zębów, które zostały pobrane zarówno od pacjentów z autyzmem, jak i osób z grup kontrolnych. Dla finansowanego ze środków UE projektu Syn2Psy już okazały się one być kluczowym zasobem. Z zespołem projektu przeprowadzono wywiady w krajowych kanałach telewizyjnych, takich jak RTP (strona internetowa w języku portugalskim) i SIC (strona internetowa w języku portugalskim). Programy te dotarły do ponad miliona widzów w Portugalii.
Od komórek macierzystych z zębów po organoidy mózgowe
Celem projektu ProTeAN było opracowanie organoidów mózgowych, które pozwoliłyby na wzrost neuronów, podstawowych elementów składowych mózgu, w środowisku trójwymiarowym i stworzenie złożonych struktur występujących w ludzkim organizmie. Skład organoidów, obok właściwości neuronalnych, takich jak złożoność i komunikacja, może być następnie badany w laboratorium. Porównanie mózgu pacjenta z próbkami kontrolnymi może ujawnić, jakie zmiany zachodzą podczas rozwoju neuronów lub komunikacji w przebiegu autyzmu. Aby zagwarantować przydatność komórek macierzystych z zębów, zostały one poddane charakteryzacji przy użyciu cytometrii przepływowej w celu identyfikacji białek na ich powierzchni oraz przy użyciu ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy w celu wykrycia białek kodowanych przez geny. Komórki te następnie indukowano, aby stały się one pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, a potem wykorzystano do stworzenia trójwymiarowych organoidów mózgowych. „Ustaliliśmy kluczowe ramy czasowe, aby lepiej zrozumieć kamienie milowe w opracowywaniu organoidów. Odkryliśmy, że po trzech miesiącach w organoidach mózgowych wystąpiły dojrzałe markery neuronalne. Wskazuje to na ich potencjał jako rzetelnych modeli rozwoju neurologicznego. Jednak złożoną aktywność elektryczną zaobserwowano dopiero w półrocznych organoidach”, dodaje Seabra.
Na drodze do medycyny spersonalizowanej
Przeprowadzone w ramach projektu prace mogłyby przyczynić się do poprawy zdrowia i samopoczucia wszystkich osób żyjących z tymi zaburzeniami neurorozwojowymi, łagodząc ich skutki społeczne i ekonomiczne. „W przyszłości spodziewamy się wykorzystywać pochodzące od pacjentów organoidy mózgowe do projektowania i testowania spersonalizowanych terapii. Obecnie skupiamy się na pogłębieniu naszego zrozumienia zmian cząsteczkowych i komórkowych w zaburzeniach neurorozwojowych na podstawowym poziomie”, wyjaśnia João Peça, nadzorujący projekt. W tym celu zespół analizuje komórki pacjentów ze swojego biobanku z genetycznymi zmianami związanymi z ryzykiem autyzmu, aby lepiej zrozumieć sieć neuronową i szlaki biologiczne, na które wpływają te zmiany genetyczne.
Słowa kluczowe
ProTeAN, organoid, autyzm, neurorozwojowy, neuron, mózg, model trójwymiarowy, komórki macierzyste, pluripotencjalny, terapie spersonalizowane, biobank
