Stworzyli miniaturowe ludzkie mózgi i testują na nich leki

Naukowcy z Johns Hopkins University opracowali pierwsze tak zaawansowane organoidy mózgowe, które w sposób precyzyjny odwzorowują strukturę i funkcję rozwijającego się ludzkiego mózgu.

Trójwymiarowe modele biologiczne MRBOs (Multi-Region Brain Organoids) integrują w jednej strukturze kilka odrębnych regionów mózgowych (korę mózgową, śródmózgowie i tyłomózgowie) wraz z wyspecjalizowanymi komórkami śródbłonka tworzącymi układ naczyniowy. Zastosowanie tej technologii może w najbliższych latach zrewolucjonizować proces opracowywania leków neurologicznych i otworzyć nową erę w medycynie spersonalizowanej.

MRBOs, czyli jak złożyć ludzki mózg z kilku fragmentów

Stworzone z ludzkich komórek macierzystych MRBOs to miniaturowe modele mózgu, które łączą korę mózgową, śródmózgowie i tyłomózgowie w jedną funkcjonalną strukturę. Co czyni je tak przełomowymi? W odróżnieniu od wcześniejszych metod, MRBOs zawierają zintegrowane organoidy śródbłonkowe, które lepiej odwzorowują układ naczyniowy i środowisko neuro-naczyniowe człowieka. Nie są to już pojedyncze kolonie neuronów, ale złożone, współpracujące ze sobą układy komórek o różnej specjalizacji, przypominające architekturę mózgu płodu w jego wczesnych stadiach rozwoju.

Jak czytamy na łamach Advanced Science, powstają one z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, które są hodowane i modyfikowane tak, by przy odpowiednich warunkach połączyć się w całość o średnicy około 2-3 mm. Pozwala to na zachowanie tożsamości poszczególnych regionów przy jednoczesnej integracji funkcjonalnej. Dotychczas nie udało się tego osiągnąć w takiej formie.

Nie tylko struktura, ale i działanie. Sieci neuronowe MRBOs naprawdę żyją

To, co najbardziej fascynuje naukowców w tych sztucznych mózgach, to faktyczna aktywność elektryczna. Organoidy MRBOs wykazują między komórkami nerwowymi dojrzałe i zsynchronizowane wyładowania elektryczne. Oznacza to, iż tworzą funkcjonalne sieci neuronowe, przypominające te w rozwijającym się mózgu człowieka.

Ale to nie wszystko. W MRBOs wyraźnie widać rozwój tzw. bariery krew-mózg, czyli systemu chroniącego mózg przed szkodliwymi substancjami. W warunkach laboratoryjnych zaobserwowano organizację komórek odpowiedzialnych za tworzenie szczelnych połączeń. Otwiera to zupełnie nowe możliwości w badaniach nad chorobami naczyniowo-neurologicznymi.

Leczenie od dzisiaj będzie dopasowane do mózgu pacjenta

Opracowana platforma może stać się fundamentem testów nowych leków neurologicznych, i to nie tylko tych ogólnych, ale dopasowanych do indywidualnego pacjenta. MRBOs można bowiem tworzyć z komórek konkretnej osoby. Pozwoli to modelować choroby i reakcje organizmu w pełni spersonalizowany sposób.

Badacze będą mogli zatem precyzyjnie testować działanie leków na mózg osoby chorej np. na autyzm, schizofrenię czy chorobę dwubiegunową z uwzględnieniem interakcji pomiędzy neuronami i komórkami naczyniowymi. Takie podejście daje szansę na tworzenie bardziej skutecznych i celowanych terapii.

Zobacz także:

Choć MRBOs osiągnęły niezwykłą złożoność, wciąż pozostają niedoskonałe. Brakuje im pełnych sieci naczyniowych i długodystansowych projekcji aksonalnych. Naukowcy planują w kolejnych etapach rozwoju uwzględnienie innych typów komórek, jak mikroglej czy komórki odpornościowe, by lepiej odwzorować środowisko rzeczywistego mózgu i poszerzyć potencjalne zastosowania badawcze.

*Źródło zdjęcia wprowadzającego: SvetaZi / Shutterstock