Modelos da pilha humana do córtice tornando-se

A pesquisa nos mecanismos da revelação adiantada do cérebro, especialmente de que do córtice, é importante em ajudar nossa compreensão de como o cérebro se torna de modo que nós possamos igualmente compreender como as desordens neurodevelopmental e neuropsiquiátricas ocorrem.

Estudar a revelação do cérebro humano é in vivo incredibly difícil, como está estudando a revelação da maioria de organismos mamíferos. Conseqüentemente, umas técnicas mais novas são exigidas estudar aspectos do córtice tornando-se usando modelos da pilha humana. Aqui, somente as introspecções mecanicistas no córtice tornando-se serão discutidas.

Tecido de cérebro sob um microscópio - ampliação 100x do ratoCrédito de imagem: Dr. Norbert Lange/Shutterstock.com

A revelação do córtice humano

O cérebro vertebrado parte como uma folha de pilhas epiteliais chamou o neuroepithelium, ou placa neural. A placa neural começa a dobrar-se dentro nse para formar a câmara de ar neural, que estende através do embrião se tornando.

A câmara de ar neural submete-se a expansões em locais específicos para formar o cérebro tornando-se na parte dianteira, e à medula espinal para trás. Na parte dianteira, a câmara de ar neural é modelada meticulosa para formar o forebrain, o midbrain, o hindbrain, e o cerebelo. Está dentro do forebrain que o córtice forma assim como o outro especializado estrutura. O todo o processo é governado pelos genes diferentes que interagem um com o outro.

O córtice é a parte especializada do forebrain evoluído que faz mamíferos diferentes do resto do reino animal. O córtice é evoluído mais nos seres humanos comparados a outros primatas não-humanos. Nos seres humanos, o córtice tem 5 camadas.

Durante o processo de desenvolvimento, estes são estruturados como a zona ventricular (VZ), a zona subventricular interna (ISVZ), a zona subventricular exterior (OSVZ), a zona intermediária (IZ) e a placa cortical (CP) na parte superior.

A placa cortical é expandida muito nos seres humanos e em mamíferos de ordem superior e começa a dobrar em si mesmo a formação dos giros e dos sulci. Todos os neurônios elevaram das células estaminais neurais chamadas glia radial. O glia radial tem os processos longos que medem a totalidade do comprimento cortical se tornando (parte inferior a cobrir) e permitem que um andaime estrutural para que os neurônios se tornando migrem para cima.

Enquanto estudar muitos aspectos da neurociência em modelos do roedor é possível devido às similaridades aos seres humanos em tipos, em estrutura, e em função da pilha, estudar o córtice tornando-se não é inteiramente exacto porque os ratos têm as diferenças chaves na revelação do córtice e de sua estrutura. Os ratos e os ratos não têm os giros e os sulci e são conseqüentemente o cérebro são expandidos muito menos.

Em segundo lugar, os ratos não têm um OSVZ como os mamíferos de ordem superior fazem. Nos seres humanos, umas células estaminais neurais mais adicionais podem ser encontradas no glia radial básico chamado OSVZ, que não sejam encontradas na maioria outros de mamíferos. Para estudar o córtice humano tornando-se, as pilhas humanas são necessários definir os intricados da revelação cortical que é diferente à maioria outros de mamíferos.

Imagens Confocal do microscópio de exploração do laser das pilhas no hipocampo do cérebro do ratoCrédito de imagem: Alexandros um Lavdas/Shutterstock.com

Modelos da pilha humana do córtice cerebral

Os avanços na tecnologia humano-derivada do modelo da pilha simplificaram extremamente o estudo de tipos específicos da pilha e de estruturas complexas in vitro muito em menos tempo do que o que era previamente realizável. A maneira a mais simples de estudar o córtice tornando-se é aquela de células estaminais neurais cultivadas (2D).

Estes são extremamente homogêneos mas muito simples. Aumentar o tamanho e a complexidade de pilhas cultivadas para formar a complexidade neural de uns aumentos mais ulteriores das rosetas (estruturas 3D), mas contem uma diversidade heterogênea de tipos da pilha. Umas estruturas complexas mais adicionais incluem esferóides, esferóides do forebrain, e os organoids cerebrais, que são os mais complexos e contêm a população a mais diversa de tipos, de estruturas, e de propriedades da pilha.

As células estaminais derivadas ser humano do ancestral podem ser feitas em rosetas corticais pela inibição de SMAD e pela adição de retinoids para conduzir dentro esta linhagem ao redor 12 dias. A sinalização FGF2 pode conduzir a emergência dos neurônios glutamatergic da camada profunda cedo-nascida em 20 dias, e entre 50-100 dias os neurônios superiores maduros e os astrocytes da camada podem ser encontrados em torno da roseta cortical.

Esta estrutura 3D contem uma população diversa dos neurônios e de astrocytes corticais, e o prazo de fósforos da revelação in vitro aproximadamente que in vivo da revelação.

A complexidade crescente in vitro das estruturas 3D pode somente ser tornada possível com a adição de Matrigel (como um andaime que imita processos glial radiais) assim como a aplicação de um cocktail de factores e de soro de crescimento.

Estes sinais indutivos permitem modelando de estruturas tornando-se, um pouco do que uma mistura de tipos diferentes da pilha sem a modelação intrínseca da estrutura essa localização das indicações in vivo. Estes organoids podem alcançar até 4mm no diâmetro e conter as cavidades fluido-enchidas que se assemelham aos ventrículos reais, que não são vistos nas rosetas que contêm somente pequeno câmara de ar-como lúmens.

Organoids pode igualmente conter um OSVZ, não visto em in vivo modela com a localização e a polaridade correctas (por exemplo básico a apical). Toda a esta pode ser conseguida entre 30-44 dias segundo o protocolo e especificidade do organoid.

Por exemplo, os organoids do forebrain exigem factores nodais e do acto de crescimento, mas TGFb e inibição de WNT. Os organoids cerebelares, por outro lado, exigem a inibição nodal, do acto, e do TGFb, mas a estimulação FGF2, FGF19 e SDF1. Estes organoids podem ser feitos das células estaminais embrionárias ou das células estaminais pluripotent induzidas.

os organoids 3D exigem umas técnicas mais sofisticadas e um equipamento da cultura do tecido. Ao contrário culturas celulares ou rosetas do regular das 2D, os organoids exigem a troca aumentada do oxigênio. Cultivando em um ambiente alto do oxigênio pelo menos de 40%, os organoids 3D podem ser gerados e mantido por longos período do tempo.

Embora estes modelos são por muito os mais complexos, têm suas próprias edições técnicas incluir a presença de tipos não-neurais da pilha devido à indução incompleta, assim como edições com a reprodutibilidade devido ao auto-conjunto das mini-estruturas dentro de cada um organoid.

O futuro olha brilhante para a pesquisa organoid neurológica

Presentemente, nós não mandamos um organoid neurovascular completo compo com os tipos neurais e não-neurais diferentes da pilha que interagem um com o outro, como este (por agora) está desafiando extremamente tècnica.

Esta é uma limitação grande de toda a estrutura 3D que não tiver nenhuma pilhas vascular e um fluxo sanguíneo funcional (ou uma indicação fluida). Os avanços da engenharia do tecido permitiram que as indicações vasculares sintéticas sejam usadas eficazmente como andaimes em tais culturas.

Ao longo do tempo, com avanços na ciência e na tecnologia, mais complexas e organoids mais verdadeiros do `' podia ser formada para ser usado não somente compreendendo processos desenvolventes, mas igualmente para as aplicações da doença modelar e a descoberta da droga. Este é certamente um campo de pesquisa emocionante que reune cientistas e coordenadores em fazer o que era previamente impossível de conseguir.

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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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