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i organoids Laboratorio-crescenti del cervello ed i cervelli dei bambini del preemie generano i simili impulsi elettrici

I organoids del cervello - mini-cervelli anche chiamati - sono modelli cellulari 3D che rappresentano gli aspetti del cervello umano in laboratorio. I organoids del cervello aiutano i ricercatori a tenere la carreggiata lo sviluppo umano, disfanno gli eventi molecolari che piombo alla malattia e verificano i nuovi trattamenti. Non sono repliche di prefetto, naturalmente. I organoids del cervello non ripiegano la funzione conoscitiva, ma i ricercatori possono controllare come una struttura fisica organoid o cambiamenti di espressione genica col passare del tempo o come conseguenza di un virus o di una droga.

I ricercatori di San Diego dell'università di California ora hanno intrapreso a organoids del cervello un'azione ulteriore, raggiungendo un livello senza precedenti di attività della rete neurale -; gli impulsi elettrici che possono essere registrati dall'multi-elettrodo allinea. Facendo uso dei dati dai bambini sopportati fino ai mesi di tre-e-un-metà prematuri, il gruppo ha sviluppato un algoritmo per predire il loro basato a età sopra i reticoli di elettroencefalogramma. L'algoritmo poi ha letto i organoids laboratorio-crescenti del cervello lo stesso modo ed ha definito loro un'età.

Il reticolo elettrico di impulso per i organoids di nove mesi del cervello ha rivelato le simili funzionalità a quelle di un bambino prematuro che aveva raggiunto a termine (una gestazione di 40 settimane).

Questi nuovi organoids ottimizzati del cervello, descritti nell'emissione del 29 agosto 2019 della cellula staminale delle cellule, possono permettere affinchè i ricercatori studino le malattie mentali che non sono causate vicino o non provocano i cambiamenti fisiologici evidenti, ma invece comprendono le perturbazioni nell'attività della rete della cellula cerebrale, quali autismo o l'epilessia. Per molte di queste circostanze, non ci sono laboratorio pertinente o modelli animali.

Non potremmo credere a primo noi pensasse che i nostri elettrodi stessero funzionando male. Poiché i dati così direzione, penso che molta gente sia stata genere di scettico a questo proposito e naturalmente così.„

autore Alysson Co-senior R. Muotri, PhD, professore di pediatria e di medicina cellulare e molecolare alla scuola di medicina di Uc San Diego

Muotri piombo lo studio con Bradley Voytek, PhD, professore associato di scienze cognitive nella divisione di Uc San Diego delle scienze sociali.

La costruzione organoid del cervello comincia con una sorgente forse sorprendente: un campione adulto dell'interfaccia. In laboratorio, i ricercatori convertono le cellule epiteliali in cellule staminali pluripotent incitate (iPSCs). Come la maggior parte delle cellule staminali, con il cocktail giusto dei fattori molecolari, i iPSCs possono essere diretti specializzarsi in qualunque tipo delle cellule. In questo caso, stanno bene alle cellule cerebrali -; tipi differenti di neuroni e di glia, per esempio.

A Uc San Diego, i organoids del cervello sono stati usati per produrre la prima prova sperimentale diretta che il virus brasiliano di Zika può causare i difetti di nascita severi ed alle droghe esistenti del HIV del repurpose per un disordine neurologico raro e ereditato. Muotri ed il gruppo egualmente recentemente hanno inviato i loro organoids del cervello alla Stazione Spaziale Internazionale all'effetto della microgravità della prova sullo sviluppo del cervello -; e forse prospettive per vita umana oltre terra.

Nell'ultimo studio, Muotri ed i colleghi hanno ottimizzato ogni punto della costruzione organoid del cervello. Per esempio, hanno cominciato dagli unicellulari, piuttosto che i mucchi di celle utilizzate nella maggior parte dei protocolli. Egualmente tweaked la sincronizzazione precisa e la concentrazione di fattori ha aggiunto all'organizzazione rapida della cellula cerebrale. Non c' era un singolo ingrediente segreto o innovazione, disse, ma piuttosto parecchi miglioramenti col passare del tempo.

L'ottimizzazione ha ripagato in termini di diversità cellulare ed attività cellulare della rete. Per esempio, il gruppo ha individuato un neurone primate-specifico particolare, chiamato un neurone corticale di GABAergic, che mai prima era stato generato in un piatto del laboratorio. Secondo Muotri, queste celle sono giocatori importanti nell'elaborazione delle reti neurali.

Per misurare l'attività cellulare della rete, i ricercatori hanno coltivato i loro organoids recentemente ottimizzati del cervello sulle schiere dell'multi-elettrodo. Gli elettrodi catturano e registrano gli impulsi elettrici, che compaiono come reticoli delle onde e delle punte in una lettura di elettroencefalogramma. Con il nuovo protocollo, i organoids del cervello sono andato dalla produzione delle 3.000 punte al minuto a 300.000 punte al minuto.

In esseri umani, le oscillazioni cambiano con l'età, poichè la connettività della cellula cerebrale si sviluppa. I cervelli del neonato tendono ad avere periodi di riposo (nessun onde) fra le punte di attività elettrica. Quei periodi calmi ottengono più brevi e più brevi mentre il cervello si sviluppa. A tempo, l'attività di cervello diventa costante, sebbene i livelli varino. Questi reticoli di oscillazione del cervello correlano spesso con gli stati umani di malattia e di cognizione.

Muotri ed il gruppo hanno confrontato pubblicamente i loro reticoli elettrici organoid del cervello ad un gruppo di dati disponibile di a - di 567 registrazioni di elettroencefalogramma da 39 bambini sopportati prematuramente, fra la gestazione di 24 e 38 settimane e per parecchie settimane dopo la nascita. A partire dai loro giorni iniziali a nove mesi, i organoids del cervello hanno prodotto i simili livelli di attività elettrica, dopo un simile reticolo: meno tempo calmo, impulsi elettrici più frequenti.

Muotri ha detto che spesso è interrogato riguardo alle implicazioni etiche di questo lavoro, con le domande come: “Siamo che otteniamo troppo vicino a ricreare il cervello umano?„ Questi organoids del cervello differiscono drammaticamente dai cervelli umani in molti modi, lui hanno spiegato. Per esempio, sono parecchie volte più piccoli di un cervello umano adulto. Non hanno gli emisferi o vasi sanguigni. E non sono circondati dai crani protettivi o non sono connessi ad altri tessuti.

“Sono lontano da essere dal punto di vista funzionale equivalenti ad una corteccia piena, anche in un bambino,„ ha detto Muotri, che è egualmente Direttore del programma della cellula staminale di Uc San Diego e un membro del consorzio di Sanford per medicina a ricupero. “Infatti, ancora non abbiamo un modo neppure misurare la coscienza o il sentience.„

I organoids del cervello di Muotri possono vivere per anni in laboratorio, ma i loro plateau di attività a nove mesi. Ha detto che una serie di ragioni potrebbero applicarsi, compreso la mancanza di vasi sanguigni o la necessità per i neuroni supplementari continuare a maturare.

I migliori organoids del cervello possono ripiegare il cervello umano in laboratorio, Muotri ha detto, meno ricercatori dovranno contare sui modelli animali e sul tessuto fetale per capire e trattare meglio la malattia umana.

“Il nostro lavoro ancora non sostituisce l'esigenza del tessuto cerebrale fetale umano per la ricerca, ma è molto attraente come alternativa potenziale,„ ha detto.

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.