Scrivere nell'attuale numero online del diario Cellule staminali e sviluppo, i ricercatori della School of Medicine dell'Università di California di San Diego descrivono lo sviluppo di un metodo rapido ed economico per creare organoidi corticali umani direttamente dalle cellule primarie.
Gli studi sperimentali sullo sviluppo della funzione cerebrale umana sono limitati. La ricerca su soggetti embrionali vivi è limitata dalle preoccupazioni etiche e dalla fragile natura del cervello stesso. I modelli animali imitano o ricapitolano solo parzialmente la biologia umana e la funzione cognitiva. Gli studi a cellula singola non catturano la complessità delle reti neurali.
Negli ultimi anni, lo sviluppo di in vitro Gli organoidi umani - versioni tridimensionali, miniaturizzate e semplificate di un organo prodotto da cellule staminali riprogrammate - hanno permesso agli scienziati di studiare funzioni, malattie e trattamenti biologici in modo più realistico e più dettagliato.
"E questo include il cervello", ha detto Alysson R. Muotri, PhD, professore presso i dipartimenti di pediatria e medicina cellulare e molecolare della UC San Diego School of Medicine, direttore del programma UC San Diego Stem Cell e membro del consorzio Sanford per la medicina rigenerativa. “Gli organoidi cerebrali possono formare una varietà di regioni del cervello. Esibiscono neuroni che sono funzionali e capaci di eccitazione elettrica. Assomigliano allo sviluppo corticale umano ai livelli di espressione genica. "
Muotri è tra i leader nel settore, avendo utilizzato l'approccio "cervello in un piatto" per fornire la prima prova sperimentale diretta che il virus Zika può causare gravi difetti alla nascita, per riutilizzare i farmaci per l'HIV esistenti su un raro, disturbo neurologico ereditario e creare "Mini-cervelli" neandertalizzati.
Ma gli organoidi del cervello umano sono difficili, dispendiosi in termini di tempo e costosi da produrre, richiedono strumenti sofisticati e know-how per generare dapprima cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (iPSC) in grado di diventare quasi qualsiasi tipo di cellula dalle cellule della pelle, chiamate fibroblasti, quindi dirigere quegli iPSC per differenziarsi nella varietà dei tipi di cellule interconnesse che comprendono un organo come il cervello.
Nel nuovo articolo, l'autore senior Muotri e colleghi descrivono un nuovo metodo rapido ed economico per riprogrammare le singole cellule somatiche direttamente in organoidi corticali da centinaia di individui contemporaneamente. Per fare ciò, hanno compresso e ottimizzato diverse fasi del processo in modo che le cellule somatiche siano riprogrammate, espanse e stimolate per formare cellule corticali quasi contemporaneamente. Il risultato è un organoide corticale che si sviluppa completamente dalle cellule somatiche con una manipolazione minima, ha detto Muotri.
"Quello che abbiamo fatto è stabilire un protocollo di prova di principio per un processo sistematico e automatizzato per generare un gran numero di organoidi cerebrali", ha detto Muotri. “I potenziali usi sono vasti, inclusa la creazione di grandi depositi di organoidi cerebrali e la scoperta di varianti genetiche causali a condizioni neurologiche umane associate a diverse mutazioni di significato sconosciuto, come il disturbo dello spettro autistico. Se vogliamo comprendere la variabilità della cognizione umana, questo è il primo passo ".
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