Mini-modele de creier uman embrionar și de măduva spinării au fost cultivate în laborator de oamenii de ştiinţă

Mini-modele de creier uman embrionar și de măduva spinării au fost cultivate în laborator. Noile organoide au fost create în laborator într-o perioadă de până la 40 de zile și au imitat sistemul nervos central al unui embrion uman în vârstă de 11 săptămâni.

Într-o premieră ştiinţifică, cercetătorii au cultivat în laborator un mic model tridimensional al celor mai timpurii stadii de dezvoltare a sistemului nervos central uman.

Mini-modele de creier şi de măduva spinării, crescute în laborator

Noul model este un tip de organoid, un model 3D miniaturizat, realizat din țesuturi vii și conceput să imite complexitatea unică a organelor umane.^[sursa]

Astfel de organe miniaturale sunt menite să surprindă biologia umană într-un mod mai precis decât o pot face modelele animale tradiționale, cu aplicații potențiale pentru descoperirea și dezvoltarea de medicamente. De exemplu, aceste modele ar putea ajuta cercetătorii să prevadă cu mai multă acuratețe ce medicamente aflate în curs de cercetare ar putea avea succes la oameni, mai degrabă decât doar în vase de laborator și șoareci.

În ultimii ani a fost dezvoltat un val de organoizi (sisteme de culturi 3D derivate din celule stem, cu ajutorul cărora pot fi recreate arhitectura și fiziologia organelor uman), de la inimioare care bat la testicule minuscule.

În plus, au mai fost cultivate organoide cerebrale, dar oamenii de știință din spatele noului model spun că este pentru prima dată când toate cele trei secțiuni ale creierului embrionar și ale măduvei spinării au fost imitate în laborator. Aceștia și-au descris descoperirile într-un articol publicat în data de 26 februarie 2024 în revista Nature.^[sursa]

Echipa de cercetare speră că modelul poate fi folosit pentru a îmbunătăți înțelegerea de către oamenii de știință a bolilor cerebrale care apar în timpul dezvoltării timpurii. Acestea ar putea include microcefalia, de exemplu.

„Sistemul în sine este cu adevărat revoluționar. Un model care imită această structură și organizare nu a mai fost realizat până acum și oferă numeroase posibilități pentru studierea dezvoltării creierului uman și, în special, a bolilor de dezvoltare a creierului.”, a declarat într-o declarație Orly Reiner, co-autor principal al studiului și profesor de neurochimie la Institutul de Știință Weizmann din Israel.

Au fost folosite celule stem umane

Noul model a fost realizat folosind celule stem pluripotente umane, adică celule care au potențialul de a deveni orice tip de celulă din organism. La început, celulele stem au fost constrânse să formeze un rând de aproximativ 4,39 centimetri lungime și 0,018 cm lățime. Acest lucru semăna, dar nu corespundea exact, cu forma și dimensiunea tubului neural, o structură timpurie din care își au originea creierul și măduva spinării, care ar fi fost prezentă într-un embrion uman în vârstă de 4 săptămâni.

Echipa de cercetare a introdus apoi acest rând de celule într-un așa-numit dispozitiv microfluidic care conținea o mulțime de canale minuscule. Au expus celulele la diferite substanțe chimice prin intermediul acestor canale, împingând celulele să crească și să formeze o structură 3D care să semene cu sistemul nervos central timpuriu.

Oamenii de știință au adăugat, de asemenea, un gel care a determinat celulele stem să se specializeze în celule care mai târziu vor forma neuroni, celulele care transmit semnale în sistemul nervos.

Pe parcursul a 40 de zile, celulele din cadrul organoidului s-au auto-organizat în structuri care semănau cu primele etape de dezvoltare a creierului și a măduvei spinării la un embrion uman. Aceasta a inclus formarea unor structuri cunoscute sub numele de creier anterior, creier mijlociu și creier posterior, precum și a măduvei spinării.

În acest moment, organoizii imitau îndeaproape gradul de dezvoltare care ar fi fost observat la un embrion de 11 săptămâni, iar în interiorul celulelor au fost activate genele specifice de dezvoltare legate de acest stadiu de dezvoltare.

Echipa de cercetare a recunoscut unele limitări ale noului său model. De exemplu, tubul neural din organoid arăta suficient de diferit faţă de cel uman, astfel încât modelul nu este probabil pregătit pentru a fi folosit pentru a studia tulburările cauzate de dezvoltarea incompletă a tubului neural. Aceste tulburări includ defectul congenital spina bifida (un defect la nivelul coloanei vertebrale care constă în lipsa sudurii complete a arcului vertebral, astfel încât măduva spinării rămâne neprotejată).

Cu toate acestea, cercetătorii speră că, prin perfecționări ulterioare, modelul să poată folosit pentru a studia diferite boli ale creierului uman, folosind celule stem colectate direct de la pacienți. Dacă reușesc să conecteze neuronii din cadrul organoizilor în circuite, ar putea chiar să facă lumină în cazul unor afecțiuni precum paralizia, în care creierul nu mai poate trimite instrucțiuni de mișcare către măduva spinării, conform unui comunicat al echipei de cercetare.