Согласно исследованию, опубликованному 17 августа в журнале Cell Stem Cell, индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) можно использовать для создания органоидов мозга, содержащих структуру глаза, называемую глазным бокалом . Органоиды спонтанно развились билатерально-симметричные оптические чашки из передней части похожей на мозг области, демонстрируя внутреннюю способность ИПСК формировать самотекст в очень сложном биологическом процессе.
«Наша работа подчеркивает замечательную способность органоидов мозга генерировать примитивные сенсорные структуры, которые являются светочувствительными и содержат типы клеток, аналогичные тем, которые обнаруживаются в организме», - говорит старший автор исследования Джей Гопалакришнан из Университетской клиники Дюссельдорфа. «Эти органоиды могут помочь в изучении взаимодействия между мозгом и глазом во время развития эмбриона, моделировании врожденных заболеваний сетчатки и создании типов клеток сетчатки для индивидуального тестирования лекарств и трансплантации».
Многие аспекты развития человеческого мозга и заболеваний можно изучить с помощью трехмерных органоидов мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток , которые могут давать начало всем типам клеток в организме. Ранее исследователи использовали эмбриональные стволовые клетки человека для создания глазного бокала, который дает начало сетчатке - светочувствительному слою ткани в задней части глаза. Другое исследование продемонстрировало, что структуры, подобные оптическим чашечкам, могут быть созданы из ИПСК, которые происходят из взрослых клеток , которые были генетически перепрограммированы обратно в плюрипотентное состояние, подобное эмбриону.
Этот графический аннотация показывает, как развиваются органоиды головного мозга оптических пузырьков. Предоставлено: Габриэль и др. / Стволовые клетки клетки.
В прошлом производство оптических чашек из плюрипотентных стволовых клеток было сосредоточено на создании чистой сетчатки. До сих пор оптические чашки и другие трехмерные структуры сетчатки не были функционально интегрированы в органоиды мозга.
Чтобы добиться этого, Гопалакришнан и его команда изменили ранее разработанный протокол для превращения ИПСК в нервную ткань. Органоиды головного мозга человека образовывали глазные чашки, которые появлялись уже через 30 дней и созревали в виде видимых структур в течение 50 дней. Эти временные рамки совпадают с временными рамками развития сетчатки у человеческого эмбриона и могут сделать определенные типы экспериментов по нейробиологии развития более эффективными.
В 16 независимых сериях от четырех доноров ИПСК исследователи сгенерировали 314 органоидов мозга, 72% из которых сформировали оптические чашки, что свидетельствует о воспроизводимости метода. Эти структуры содержали различные типы клеток сетчатки , которые образовывали электрически активные нейронные сети, реагирующие на свет. Органоиды головного мозга в глазном бокале также содержали ткань хрусталика и роговицы и демонстрировали связь сетчатки с областями мозга. «В головном мозге млекопитающих нервные волокна ганглиозных клеток сетчатки тянутся, чтобы соединиться со своими целями в мозгу , аспект, который никогда ранее не проявлялся в системе in vitro», - говорит Гопалакришнан.
В будущих исследованиях они планируют разработать стратегии, позволяющие поддерживать жизнеспособность оптических чашечек в течение длительного периода времени, используя их для исследования механизмов, вызывающих нарушения сетчатки.
