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les organoids Laboratoire-élevés de cerveau et les cerveaux des bébés de preemie produisent des impulsions électriques assimilées

Les organoids de cerveau - mini-cerveaux aussi appelés - sont les modèles 3D cellulaires qui représentent des aspects de l'esprit humain dans le laboratoire. Les organoids de cerveau aident des chercheurs à suivre le développement humain, se démêlent les événements moléculaires qui mènent à la maladie et vérifient des demandes de règlement neuves. Ils ne sont pas des reproductions de préfet, naturellement. Les organoids de cerveau ne reproduisent pas la fonction cognitive, mais les chercheurs peuvent vérifier comment une structure matérielle organoid ou des modifications d'expression du gène au fil du temps ou en raison d'un virus ou d'un médicament.

Les chercheurs de San Diego d'Université de Californie ont maintenant pris l'un peu plus d'organoids de cerveau, réalisant un niveau sans précédent d'activité de réseau neuronal - ; impulsions électriques qui peuvent être enregistrées par des choix multiélectrodes. Utilisant des caractéristiques des bébés portés jusqu'aux mois de trois-et-un-moitié prématurés, l'équipe a développé un algorithme pour prévoir leur basé sur âge sur des configurations d'EEG. L'algorithme a alors affiché les organoids laboratoire-élevés de cerveau la même voie, et affecté leur un âge.

La configuration d'impulsion électrique pour les organoids de neuf mois de cerveau a indiqué des caractéristiques similaires à ceux d'un prématuré qui avait atteint la plein-condition (gestation de 40 semaines).

Ces organoids optimisés neufs de cerveau, décrits dans la question du 29 août 2019 de la cellule souche de cellules, peuvent permettre aux chercheurs pour étudier les maladies mentales qui ne sont pas entraînées par ou n'ont pas comme conséquence les modifications physiologiques manifestes, mais concernent au lieu des bruits dans l'activité réseau de cellule du cerveau, telle que l'autisme ou l'épilepsie. Pour plusieurs de ces conditions, il n'y a aucun laboratoire ou modèle animal approprié.

Nous ne pourrions pas la croire d'abord - nous avons pensé que nos électrodes fonctionnaient mal. Puisque les caractéristiques frappaient ainsi, je pense que beaucoup de gens étaient genre de sceptique à son sujet, et tout naturellement ainsi. »

Co-sénior auteur Alysson R. Muotri, PhD, professeur de la pédiatrie et du médicament cellulaire et moléculaire à l'École de Médecine d'Uc San Diego

Muotri a abouti l'étude avec Bradley Voytek, PhD, professeur agrégé de la science cognitive dans la Division d'Uc San Diego des sciences sociales.

La construction organoid de cerveau commence par une source peut-être étonnante : un échantillon adulte de peau. Dans le laboratoire, les chercheurs convertissent les cellules de la peau en cellules souche pluripotent induites (iPSCs). Comme la plupart des cellules souche, avec le cocktail droit des facteurs moléculaires, des iPSCs peuvent être dirigés se spécialiser dans n'importe quel type de cellules. Dans ce cas, ils deviennent des cellules du cerveau - ; différents types des neurones et de glia, par exemple.

Chez Uc San Diego, des organoids de cerveau ont été employés pour produire la première épreuve expérimentale directe que le virus brésilien de Zika peut entraîner les anomalies congénitales sévères et aux médicaments existants de VIH de repurpose pour un trouble neurologique rare et hérité. Muotri et équipe récent envoyés également leurs organoids de cerveau à la Station Spatiale Internationale pour vérifier l'effet de la microgravité sur le développement du cerveau - ; et peut-être espérances pour la vie humaine au delà de la terre.

Dans la dernière étude, Muotri et collègues ont optimisé chaque opération de construction organoid de cerveau. Par exemple, ils ont commencé à partir des cellules, plutôt que les blocs des cellules utilisées dans la plupart des protocoles. Ils ont également tordu le calage précis et la concentration des facteurs a ajouté à l'organisme immédiat de cellule du cerveau. Il n'y avait pas un ingrédient secret ou une innovation unique, dit-il, mais plutôt plusieurs améliorations au fil du temps.

L'optimisation a épongé en termes de diversité cellulaire et activité réseau cellulaire. Par exemple, l'équipe a trouvé un neurone particulier de primate-détail, appelé un neurone cortical de GABAergic, qui avait été jamais déja produit dans une assiette de laboratoire. Selon Muotri, ces cellules sont les lecteurs importants dans la sophistication des réseaux neuronaux.

Pour mesurer l'activité réseau cellulaire, les chercheurs ont élevé leurs organoids neuf optimisés de cerveau sur des choix multiélectrodes. Les électrodes captent et enregistrent les impulsions électriques, qui apparaissent comme configurations des ondes et des pointes dans une lecture d'EEG. Avec le protocole neuf, les organoids de cerveau sont allés de produire 3.000 pointes par minute à 300.000 pointes par minute.

Chez l'homme, les vibrations changent avec l'âge, car la connectivité de cellule du cerveau se développe. Les cerveaux nouveau-nés de bébé tendent à avoir des périodes de reste (aucune ondes) entre les pointes de l'activité électrique. Ces périodes tranquilles deviennent plus courtes et plus courtes pendant que le cerveau se développe. À temps, l'activité cérébrale devient continuelle, bien que les niveaux varient. Ces configurations de vibration de cerveau marquent souvent avec les conditions humaines de cognition et de maladie.

Muotri et équipe comparés leurs configurations électriques organoid de cerveau à l'ensemble de données procurable d'a publiquement - de 567 enregistrements d'EEG de 39 bébés nés prématurément, la gestation entre 24 et 38 semaines, et pendant plusieurs semaines après la naissance. De leurs jours initiaux à neuf mois, les organoids de cerveau ont produit les niveaux assimilés de l'activité électrique, après une configuration assimilée : moins de temps tranquille, des impulsions électriques plus fréquentes.

Muotri a dit que lui est souvent renseigné sur les implications éthiques de ce travail, avec des questions comme : « Sommes nous obtenant trop étroitement à recréer l'esprit humain ? » Ces organoids de cerveau diffèrent spectaculaire des esprits humains de plusieurs manières, il ont expliqué. Par exemple, ils sont plusieurs fois plus petits qu'un esprit humain adulte. Ils n'ont pas les hémisphères ou des vaisseaux sanguins. Et ils ne sont pas entourés par les crânes protecteurs ou ne sont pas branchés à d'autres tissus.

« Ils sont loin d'être fonctionellement équivalents à un plein cortex, même dans un bébé, » a dit Muotri, qui est également directeur du programme de cellule souche d'Uc San Diego et un membre du consortium de Sanford pour le médicament régénérateur. « En fait, nous n'avons pas encore une voie de mesurer même la conscience ou la sensibilité. »

Les organoids du cerveau de Muotri peuvent vivre pour des années dans le laboratoire, mais pour leurs plateaux d'activité à neuf mois. Il a dit qu'un certain nombre de raisons pourraient s'appliquer, y compris le manque de vaisseaux sanguins ou le besoin des neurones complémentaires de continuer de mûrir.

Les organoids meilleurs de cerveau peuvent reproduire l'esprit humain dans le laboratoire, Muotri a dit, moins de chercheurs devront compter sur les modèles animaux et le tissu foetal mieux pour comprendre et traiter la maladie humaine.

« Notre travail ne remonte pas encore le besoin de tissu cérébral foetal humain pour la recherche, mais il est très attrayant comme alternative potentielle, » il a dit.

Source:
Journal reference:

Trujillo, C.A. et al. (2019) Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development. Cell Stem Cell. doi.org/10.1016/j.stem.2019.08.002.