Obrovský prielom v „pestovaní“ laboratórnych organoidov. Tím vedcov z Univerzitnej nemocnice Düsseldorf v Nemecku pomocou indukovaných pluripotentných kmeňových buniek (iPSC) vytvoril mozgové organoidy obsahujúce očné štruktúry. Na tému upozorni portál Sciencealert.

Programovanie buniek

Mozog je najkomplexnejším orgánom tela všetkých stavovcov. V snahe lepšie porozumieť jeho funkciám a vlastnostiam vedci „pestujú“ miniatúrne verzie mozgu, alebo mozgové organoidy. Mozgové organoidy nie sú skutočnými mozgami a ide o malé trojrozmerné štruktúry vytvárané z indukovaných pluripotentných kmeňových buniek.

Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021

Tie vedci získavajú tak, že ich najčastejšie odoberú z krvi alebo kože dospelého pacienta. Následne sa ich snažia preprogramovať do ich embryonálneho pluripotentného stavu. V tomto stave je možné bunky prinútiť, aby sa stali prakticky akýmikoľvek bunkami, aké vedci potrebujú.

V tomto prípade boli použité bunky z kože dospelých darcov, ktoré sa preprogramovali do ich embryonálneho pluripotentného stavu a umiestnili do kultúry napodobňujúcej prostredie vyvíjajúceho sa mozgu, čím sa povzbudil ich rast k tvorbe mozgových buniek.

Konečným výsledkom je teraz trojrozmerný model mozgu, veľkosťou podobný hrášku, ktorý je možné použiť na štúdium mozgového vývoja a chorôb. Treba pripomenúť, že ide len o bloky mozgového tkaniva, ktoré nemajú vlastné vedomie, myšlienky, emócie a používajú sa na výskumné účely v štúdiách, kde by využitie skutočných mozgov nebolo možné. Išlo teda o pomerne štandardný postup, ktorý však autori štúdie publikovanej v žurnále Cell Stem Cell posunuli na úplne novú úroveň.

NEPREHLIADNI
Prvýkrát v histórii vyrástlo umelé srdce v laboratóriu. Tlčie aj vyzerá rovnako ako ľudské

Mozgové organoidy s „očami“

Podarilo sa im totiž na mozgových organoidoch vypestovať optické poháre, čo sú štruktúry zraku nachádzajúce sa v oku, v oblasti, kde sa zrakový nerv stretáva so sietnicou. Podobné výskumy sa v minulosti zameriavali na vytváranie čistej sietnice. Optické poháre alebo iné 3D sietnicové štruktúry neboli až doposiaľ funkčne integrované do mozgových organoidov, píše portál EurekAlert.

Schematické znázornenie vyvínu mozgové organoidu, vrátane optických pohárov Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021

V novom výskume rástli optické poháre symetricky v prednej časti mozgového organoidu, čo je dobre badateľné aj na zverejnených fotografiách. Čo je ale dôležitejšie, optické poháre boli funkčné, obsahovali rôzne sietnicové bunky, vytvárali elektricky aktívne neurónové siete, reagovali na svetlo a vysielali signály do mozgu. Okrem toho sa vytvorilo aj rohovkové a šošovkové tkanivo.

Kritickým sa ukázalo pridanie retinol acetátu do kultivačného média, čo pomohlo rastu a vývoju „očí“. Svoju rolu zohral aj prístup vedcov, ktorí sa na rozdiel od iných štúdií nesnažili o vývoj čisto nervových buniek v počiatočných štádiách nervovej diferenciácie.

Vďaka tomu ich miniatúrny mozog začal už po 30 dňoch vývoja vytvárať optické poháre, pričom tie „dozreli“ (boli jasne viditeľné) už po 50 dňoch. Podľa odborníkov je tento časový rámec v súlade s vývojom sietnice v ľudskom embryu.

„Naša práca zdôrazňuje pozoruhodnú schopnosť mozgových organoidov vytvárať primitívne senzorické štruktúry, ktoré sú citlivé na svetlo a v ktorých sa uchovávajú typy buniek podobné tým, ktoré sa nachádzajú v tele,“ cituje portál NewAtlas hlavného autora štúdie Jaya Gopalakrishnana. „Tieto organoidy môžu pomôcť pri štúdiu interakcií mozgu a oka počas embryonálneho vývoja, modelovať vrodené poruchy sietnice a vytvárať typy sietnicových buniek špecifické pre pacienta na personalizované testovanie liekov a transplantačné terapie,“ dodal.

V experimente bolo vypestovaných celkovo 314 mozgových organoidov, z nich si až 73 % dokázalo vyvinúť optické poháre. Bunky pochádzali od 4 dospelých darcov.

Štúdia síce ukazuje veľmi dobré výsledky, no i tak budú musieť byť vykonané ešte ďalšie úpravy, aby mozgové organoidy prežili dlhší čas a mohli byť nasadené do výskumov na študovanie mechanizmov, ktoré spôsobujú poruchy sietnice.