Modèles de cellule humaine du cortex se développant

La recherche sur les mécanismes du développement du cerveau précoce, particulièrement celui du cortex, est importante en facilitant notre compréhension de la façon dont le cerveau se développe de sorte que nous puissions également comprendre comment les troubles neurodevelopmental et neuropsychiatriques se produisent.

L'étude du développement d'esprit humain est in vivo incroyablement difficile, comme étudie le développement de la plupart des organismes mammifères. Par conséquent, des techniques plus neuves sont exigées pour étudier des aspects du cortex se développant utilisant des modèles de cellule humaine. Ici, seulement des aperçus mécanistes du cortex se développant seront discutés.

Tissu cérébral de souris sous un microscope - agrandissement 100xCrédit d'image : M. Norbert Lange/Shutterstock.com

Le développement du cortex humain

Le cerveau vertébré commence en tant qu'une feuille de cellules épithéliales appelées le neuroepithelium, ou plaque neurale. La plaque neurale commence à se plier dedans sur elle-même pour former le tube neural, qui s'étend en travers de l'embryon se développant.

Le tube neural subit les extensions aux sites spécifiques pour former le cerveau se développant au front, et la moelle épinière vers l'arrière. Au front, le tube neural est modelé méticuleusement pour former le cerveau antérieur, le mésencéphale, le hindbrain, et le cervelet. Il est dans le cerveau antérieur que le cortex forme ainsi que d'autres structures spécialisées. Le processus complet est régi par différents gènes agissant l'un sur l'autre entre eux.

Le cortex est la partie spécialisée du cerveau antérieur évolué qui rend des mammifères différents du reste du règne animal. Le cortex est plus évolué chez l'homme comparés à d'autres primates. Chez l'homme, le cortex a 5 couches.

À l'étude, ceux-ci sont structurés comme zone ventriculaire (VZ), zone subventricular intérieure (ISVZ), zone subventricular extérieure (OSVZ), zone intermédiaire (IZ) et plaque corticale (CP) au haut.

La plaque corticale est beaucoup augmentée chez l'homme et les mammifères évolués et commence à plier en soi former des gyrus et des sulcatures. Tous les neurones résultent du glia radial appelé de cellules souche neurales. Le glia radial ont de longs procédés qui enjambent l'intégralité de la longueur corticale se développante (bas à compléter) et permettent à un échafaudage structurel pour que les neurones se développants émigrent vers le haut.

Tout en l'étude de beaucoup d'aspects de la neurologie dans des modèles de rongeur est due possible aux similitudes aux êtres humains dans les types, la structure, et le fonctionnement de cellules, l'étude du cortex se développant n'est pas entièrement précise car les souris ont les différences principales dans le développement du cortex et de sa structure. Les souris et les rats n'ont pas des gyrus et des sulcatures et sont pour cette raison le cerveau beaucoup moins est augmentées.

Deuxièmement, les souris n'ont pas un OSVZ comme le font les mammifères évolués. Chez l'homme, encore d'autres cellules souche neurales peuvent être trouvées dans le glia radial basique appelé d'OSVZ, qui ne sont pas trouvées dans la plupart des autres mammifères. Pour étudier le cortex humain se développant, les cellules humaines sont nécessaires pour définir les complexités du développement cortical qui est différent à la plupart des autres mammifères.

Images confocales de microscope de lecture de laser des cellules dans le hippocampe du cerveau de sourisCrédit d'image : Alexandros un Lavdas/Shutterstock.com

Modèles de cellule humaine du cortex cérébral

Les avances en technologie humain-dérivée de modèle de cellules a grand simplifié étudier les types spécifiques et les structures complexes de cellules in vitro dans beaucoup moins de temps que ce qui était précédemment réalisable. La voie la plus simple d'étudier le cortex se développant est celle des cellules souche neurales cultivées (2D).

Ce sont extrêmement homogènes mais très simples. L'augmentation de la taille et de la complexité des cellules cultivées pour former la complexité neurale d'accroissements plus ultérieurs de rosettes (structures 3D), mais contient une diversité hétérogène des types de cellules. Des structures complexes plus additionnelles comprennent des sphéroïdes, des sphéroïdes de cerveau antérieur, et des organoids cérébraux, qui sont les plus complexes et contiennent la population la plus diverse des types, des structures, et des propriétés de cellules.

Des cellules souche d'ancêtre dérivées par être humain peuvent être transformées en rosettes corticales par inhibition de SMAD et l'ajout des rétinoïdes pour piloter cette lignée dedans environ 12 jours. La signalisation FGF2 peut piloter l'émergence des neurones glutamatergic de couche interne tôt-née par 20 jours, et entre 50-100 jours mûrissez les neurones supérieurs de couche et des astrocytes peuvent être trouvés autour de la rosette corticale.

Cette structure 3D contient une diverse population des neurones et des astrocytes corticaux, et la trame de temps des correspondances de développement in vitro rugueux qui in vivo du développement.

La complexité croissante des structures 3D in vitro peut seulement être rendue possible en plus de Matrigel (comme échafaudage imitant des procédés glial radiaux) ainsi que de l'application d'un cocktail des facteurs de croissance et du sérum.

Ces signes inductifs tiennent compte de la structuration des structures se développantes, plutôt qu'un mélange de différents types de cellules sans la structuration intrinsèque de la structure cette localisation d'imitateurs in vivo. Ces organoids peuvent atteindre jusqu'à 4mm de diamètre et contenir les cavités remplies de fluide qui ressemblent aux ventricules réels, qui ne sont pas vus dans les rosettes qui contiennent seulement de petits lumens comme un tube.

Organoids peut également contenir un OSVZ, non vu dans in vivo modélise avec la localisation et la polarité correctes (par exemple basique à apical). Toute la ceci peut être réalisée entre 30-44 jours selon le protocole et spécificité de l'organoid.

Par exemple, les organoids de cerveau antérieur exigent des facteurs de croissance nodaux et de Loi, mais TGFb et inhibition de WNT. Les organoids cérébelleux, d'autre part, exigent l'inhibition nodale, d'acte, et de TGFb, mais la stimulation FGF2, FGF19 et SDF1. Ces organoids peuvent être effectués à partir des cellules souche embryonnaires ou des cellules souche pluripotent induites.

les organoids 3D exigent des techniques plus sophistiquées et le matériel de culture de tissu. À la différence cultures cellulaires ou rosettes de militaire de carrière des 2D, les organoids exigent l'échange accru de l'oxygène. Par la cultivation dans un environnement élevé de l'oxygène au moins de 40%, les organoids 3D peuvent être produits et mis à jour pendant des longues périodes de temps.

Bien que ces modèles soient de loin les plus complexes, ils ont leurs propres problèmes techniques comprenant la présence des types non-neuraux de cellules dus à l'admission inachevée, ainsi qu'éditions avec la reproductibilité due à l'en kit des mini-structures dans chacun organoid.

Le contrat à terme semble lumineux pour la recherche organoid neurologique

Actuellement, nous ne faisons pas composer un organoid neurovascular complet avec différents types neuraux et non-neuraux de cellules agissant l'un sur l'autre entre eux, comme ceci (pour l'instant) conteste extrêmement techniquement.

C'est une grande limitation de n'importe quelle structure 3D qui n'a aucune cellule vasculaire et un approvisionnement en sang fonctionnel (ou un imitateur liquide). Des avances de bureau d'études de tissu ont permis aux imitateurs vasculaires synthétiques d'être effectivement employés comme échafaudages dans de telles cultures.

Au fil du temps, avec des avances en science et technologie, plus complexe et organoids plus vrais de ` des' a pu être formé pour être employé non seulement pour comprendre des procédés de développement, mais également pour les applications de la modélisation et de la découverte de médicaments de la maladie. C'est certainement un domaine de la recherche passionnant rassemblant des scientifiques et des techniciens en faisant ce qui était impossible précédemment à réaliser.

Sources

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Last Updated: Oct 17, 2019

Osman Shabir

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Osman Shabir

Osman is a Neuroscience PhD Research Student at the University of Sheffield studying the impact of cardiovascular disease and Alzheimer's disease on neurovascular coupling using pre-clinical models and neuroimaging techniques.

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