Хьюстонский методист, нейробиолог Роберт Кренчик, доктор философии, и его команда разработали новую систему, позволяющую сократить время, необходимое для выращивания этих моделей мозга, что даст им возможность быстрее проверять лекарства и изучать причины мутаций, вызывающих заболевание. . Их результаты описаны в статье под названием «Систематическая трехмерная совместная культура быстро воспроизводит взаимодействия между человеческими нейронами и астроцитами» в выпуске журнала Stem Cell Reports от 12 декабря.«Нам всегда казалось, что то, что мы делаем в лаборатории, не является точным моделированием того, как клетки действуют в человеческом мозгу», — сказал Кренчик. "Итак, впервые, когда мы систематически объединяем эти клетки вместе, они резко изменили свою морфологическую сложность, размер и форму. Они выглядят так же, как клетки, которые вы видите в человеческом мозгу, поэтому теперь мы можем изучать клетки в лаборатории. в более естественной среде ".И почему это важно?
Кренчик говорит, что клетки, выращенные в традиционных лабораторных культурах, помещаются в плоскую чашку Петри, разбиваются и обрабатываются другими способами, нарушая их взаимодействие. Это приводит к невозможности воспроизвести форму, структуру и рост клеток мозга в лаборатории, что приводит к очень упрощенным и незрелым клеткам. Однако в человеческом мозге эти клетки очень сложны и сложным образом взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.
Новые технологии сейчас сосредоточены на системах трехмерной культуры, но исчерпывающий срок для этих исследований не подходит для ускорения открытий.«Обычно для выращивания этих трехмерных мини-мозгов требуются месяцы и годы», — сказал Кренчик. «У нас есть новые методы предварительного созревания клеток по отдельности, а затем их объединения, и мы обнаружили, что в течение нескольких недель они могут формировать зрелые взаимодействия друг с другом. Итак, время, необходимое для достижения этой конечной точки, для исследований значительно сокращается с нашей системой ".Лаборатория Кренчика сосредоточилась на звездообразном типе клеток, называемом астроцитами, потому что они являются ключевым фактором, заставляющим нейроны мозга соединяться и разговаривать друг с другом, помогая увеличить количество и прочность нейронных связей в головном и спинном мозге.
Они участвуют в большинстве нервных заболеваний, а также отвечают за поддержание здоровья нервной системы. С помощью биоинженерной модели, созданной командой Кренчика, включение астроцитов ускорило связи окружающих нейронов.Группа Кренчика является первой, кто специально сконструировал астроциты в эти трехмерные мини-мозги. Таким образом, это привело к ускоренному созреванию как астроцитов, так и окружающих нейронов.
Представляя их впервые в этой статье, он придумал эти биоинженерные мини-мозги «астероиды», чтобы отличать их от других типов культур трехмерных сфер, известных как органоиды. «Астероиды» Кренчика содержат определенные популяции астроцитов, тогда как органоиды имеют неопределенное количество и типы клеток.«Используя нашу систему, мы можем генерировать зрелые астроциты и заставлять их более тесно взаимодействовать с нейронами, чем это делалось раньше», — сказал Кренчик. «В отличие от других клеток мозга и остального тела, астроциты обладают уникальными свойствами у людей. Считается, что они частично ответственны за уникальные когнитивные функции человека, а также могут лежать в основе различных заболеваний человека, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм. расстройства ".В конечном итоге Кренчик использует эти «астероиды» для формирования функциональных нейронных цепей, которыми исследователи могут экспериментально манипулировать для разработки методов лечения и расшифровки причин, вызывающих болезни.
Кренчик говорит, что они могут создавать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, обычно называемые iPS-клетками, от любого заболевания или пациента, а затем формировать эти мини-мозги для изучения процесса болезни, а также для скрининга терапевтических соединений на них, чтобы помочь в разработке лекарств. В течение примерно пяти лет его цель — использовать эту систему для разработки клинических испытаний для улучшения или восстановления нервной системы человека с нарушениями.