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Modelli della cellula umana della corteccia di sviluppo

La ricerca sui meccanismi dello sviluppo iniziale del cervello, particolarmente quello della corteccia, è importante nell'aiuto della nostra comprensione di come il cervello si sviluppa in moda da poterci anche capire noi come i disordini neurodevelopmental e neuropsichiatrici accadono.

Lo studio dello sviluppo del cervello umano in vivo è incredibilmente difficile, come sta studiando lo sviluppo della maggior parte dei organismi mammiferi. Di conseguenza, le più nuove tecniche sono richieste di studiare gli aspetti della corteccia di sviluppo facendo uso dei modelli della cellula umana. Qui, soltanto le visioni meccanicistiche della corteccia di sviluppo saranno discusse.

Tessuto cerebrale sotto un microscopio - del mouse ingrandimento 100xCredito di immagine: Dott. Norbert Lange/Shutterstock.com

Lo sviluppo della corteccia umana

Il cervello vertebrato comincia come una lamiera sottile delle celle epiteliali ha chiamato il neuroepithelium, o lastra grossa neurale. La lastra grossa neurale comincia ad profilatura dentro su se stesso per formare il tubo neurale, che estende attraverso l'embrione di sviluppo.

Il tubo neurale subisce le espansioni ai siti specifici per formare il cervello di sviluppo alla parte anteriore ed il midollo spinale verso la parte posteriore. Alla parte anteriore, il tubo neurale è modellato meticoloso per formare il forebrain, il mesemcefalo, il hindbrain ed il cervelletto. È all'interno del forebrain che la corteccia forma come pure l'altro specializzato struttura. Il processo completo è governato dai geni differenti che interagiscono tra loro.

La corteccia è la parte specializzata del forebrain mutevole che rende i mammiferi differenti dal resto del regno animale. La corteccia è più mutevole in esseri umani confrontati ad altri primati non umani. In esseri umani, la corteccia ha 5 livelli.

In via di sviluppo, questi sono strutturati come la zona ventricolare (VZ), la zona subventricular interna (ISVZ), la zona subventricular esterna (OSVZ), la zona intermedia (IZ) e la lastra grossa corticale (CP) alla cima.

La lastra grossa corticale molto è espanta in esseri umani ed in mammiferi più di ordine alto e comincia ad profilatura in sé la formazione le circonvoluzioni e dei solchi. Tutti i neuroni risultano dalle cellule staminali neurali chiamate glia radiale. Il glia radiale ha trattamenti lunghi che misurano la totalità della lunghezza corticale di sviluppo (fondo da completare) e che permettono che un'impalcatura strutturale affinchè i neuroni di sviluppo migri verso l'alto.

Mentre studiare molti aspetti della neuroscienza nei modelli del roditore è possibile dovuto le similarità agli esseri umani nei tipi, nella struttura e nella funzione delle cellule, studiare la corteccia di sviluppo non è interamente accurato poichè i mouse hanno differenze chiave nello sviluppo della corteccia e della sua struttura. I mouse ed i ratti non hanno le circonvoluzioni e solchi e sono quindi il cervello molto di meno è espanto.

Secondariamente, i mouse non hanno un OSVZ come i mammiferi più di ordine alto fanno. In esseri umani, ulteriori cellule staminali neurali possono essere trovate nel glia radiale basale chiamato OSVZ, che non sono trovate nella maggior parte degli altri mammiferi. Per studiare la corteccia umana di sviluppo, le cellule umane sono necessarie definire le difficoltà dello sviluppo corticale che è differente alla maggior parte degli altri mammiferi.

Immagini confocali del microscopio di scansione del laser delle celle nellCredito di immagine: Alexandros un Lavdas/Shutterstock.com

Modelli della cellula umana della corteccia cerebrale

Gli avanzamenti nella tecnologia umano-derivata del modello delle cellule notevolmente ha semplificato lo studio i tipi specifici delle cellule e delle strutture complesse in vitro molto in meno tempo che che cosa era precedentemente realizzabile. Il modo più semplice di studio della corteccia di sviluppo è quello delle cellule staminali neurali coltivate (2D).

Questi sono estremamente omogenei ma molto semplici. L'aumento la dimensione e della complessità delle celle coltivate per formare la complessità neurale di accrescimenti più ulteriori delle rosette (strutture 3D), ma contiene una diversità eterogenea dei tipi delle cellule. Ulteriori strutture complesse comprendono le sferoidi, le sferoidi del forebrain e i organoids cerebrali, che sono il più complesso e contengono la popolazione più diversa dei tipi, delle strutture e dei beni delle cellule.

Le cellule staminali del progenitore derivate essere umano possono essere trasformate le rosette corticali tramite inibizione di SMAD e l'aggiunta di retinoids per determinare questo stirpe dentro gli intorno 12 giorni. La segnalazione FGF2 può determinare l'emergenza dei neuroni glutamatergic del livello profondo presto-nato entro i 20 giorni e fra i 50-100 giorni i neuroni superiori maturi ed i astrocytes del livello possono essere trovati intorno alla rosetta corticale.

Questa struttura 3D contiene una diversa popolazione dei neuroni e dei astrocytes corticali ed il calendario delle corrispondenze dello sviluppo in vitro approssimativamente che in vivo di sviluppo.

La complessità aumentante delle strutture in vitro 3D può soltanto essere permessa con l'aggiunta di Matrigel (come impalcatura che imita i trattamenti glial radiali) come pure dell'applicazione di un cocktail dei fattori e del siero di crescita.

Questi segnali induttivi tengono conto il modello delle strutture di sviluppo, piuttosto che una miscela dei tipi differenti delle cellule senza il modello intrinseco della struttura quella localizzazione dei mimi in vivo. Questi organoids possono raggiungere fino a 4mm di diametro e contenere delle le intercapedini ripiene di fluida che somigliano ai ventricoli reali, che non sono veduti in rosette che contengono soltanto i piccoli lumen del tipo di metropolitana.

Organoids può anche contenere un OSVZ, non veduto in in vivo modella con la localizzazione e la polarità corrette (per esempio basale ad apicale). Tutto il questo può essere raggiunto fra i 30-44 giorni secondo il protocollo e la specificità del organoid.

Per esempio, i organoids del forebrain richiedono i fattori di Legge e nodali di crescita, ma TGFb e l'inibizione di WNT. I organoids cerebellari, d'altra parte, richiedono l'inibizione nodale, di Legge e di TGFb, ma lo stimolo FGF2, FGF19 e SDF1. Questi organoids possono essere fatti dalle cellule staminali embrionali o dalle cellule staminali pluripotent incitate.

i organoids 3D richiedono le tecniche più specializzate e le attrezzature della cultura del tessuto. A differenza colture cellulari o rosette del regular delle 2D, i organoids richiedono lo scambio aumentato di ossigeno. Coltivando in un alto ambiente dell'ossigeno almeno di 40%, i organoids 3D possono essere generati e mantenuti per i lungi periodi di tempo.

Sebbene questi modelli siano di gran lunga il più complesso, hanno le loro proprie emissioni tecniche compreso la presenza di tipi non neurali delle cellule dovuto induzione incompleta come pure emissioni con la riproducibilità dovuto l'auto-installazione delle mini-strutture all'interno di ciascuno organoid.

Il futuro sembra luminoso per la ricerca organoid neurologica

Attualmente, non facciamo comporre un organoid neurovascular completo con i differenti tipi neurali e non neurali delle cellule che interagiscono tra loro, come questo (per ora) sta sfidando estremamente tecnicamente.

Ciò è una grande limitazione di tutta la struttura 3D che non ha alcune celle vascolari e un'offerta di sangue funzionale (o un mimo fluido). Gli avanzamenti di assistenza tecnica del tessuto hanno permesso che i mimi vascolari sintetici efficacemente fossero utilizzati come impalcature in tali culture.

Col passare del tempo, con gli sviluppi della scienza e tecnologia, più complessa e i organoids più veri del `' ha potuto essere formata per essere usato non solo per la comprensione dei trattamenti inerenti allo sviluppo, ma anche per le applicazioni della malattia modellare e la scoperta della droga. Ciò è certamente un campo di ricerca emozionante che riunisce gli scienziati e gli ingegneri nel fare che cosa era precedentemente impossible da raggiungere.

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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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