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os organoids Laboratório-crescidos do cérebro e os cérebros de bebês do preemie geram impulsos elétricos similares

Os organoids do cérebro - mini-cérebros igualmente chamados - são os modelos 3D celulares que representam aspectos do cérebro humano no laboratório. Os organoids do cérebro ajudam pesquisadores a seguir a revelação humana, desembaraçam os eventos moleculars que conduzem à doença e testam tratamentos novos. Não são réplicas do prefeito, naturalmente. Os organoids do cérebro não replicate a função cognitiva, mas os pesquisadores podem verificar como uma estrutura física organoid ou mudanças da expressão genética ao longo do tempo ou em conseqüência de um vírus ou de uma droga.

Os pesquisadores de San Diego da Universidade da California têm tomado agora a organoids do cérebro uma etapa mais adicional, conseguindo um nível inaudito de actividade da rede neural -; os impulsos elétricos que podem ser gravados pelo multi-eléctrodo põem. Usando dados dos bebês carregados até os meses da três-e-um-metade prematuros, a equipe desenvolveu um algoritmo para prever o seu idade-baseado em testes padrões do EEG. O algoritmo leu então organoids laboratório-crescidos do cérebro a mesma maneira, e atribuiu-lhes uma idade.

O teste padrão elétrico do impulso para organoids de nove meses do cérebro revelou características similares àquelas de um infante prematuro que alcançasse o completo-termo (uma gestação de 40 semanas).

Estes organoids aperfeiçoados novos do cérebro, descritos na introdução do 29 de agosto de 2019 da célula estaminal da pilha, podem torná-la possível para que os pesquisadores estudem as doenças mentais que não são causadas perto nem não conduzem às mudanças fisiológicos evidentes, mas envolvem pelo contrário distúrbios na actividade da rede do neurónio, tal como o autismo ou a epilepsia. Para muitas destas circunstâncias, não há nenhum laboratório relevante ou modelo animal.

Nós não poderíamos acreditá-la no início - nós pensamos que nossos eléctrodos estavam funcionando mal. Porque os dados estavam golpeando assim, eu penso que muitos povos eram tipo de céptico sobre ele, e compreensìvel assim.”

autor Alysson Co-superior R. Muotri, PhD, professor da pediatria e da medicina celular e molecular na Faculdade de Medicina de Uc San Diego

Muotri conduziu o estudo com Bradley Voytek, PhD, professor adjunto da ciência cognitiva na divisão de Uc San Diego das ciências sociais.

A construção organoid do cérebro começa com uma fonte talvez surpreendente: uma amostra adulta da pele. No laboratório, os pesquisadores convertem as células epiteliais em células estaminais pluripotent induzidas (iPSCs). Como a maioria de células estaminais, com o cocktail direito de factores moleculars, os iPSCs podem ser dirigidos especializar-se em qualquer tipo da pilha. Neste caso, assentam bem em neurónios -; tipos diferentes de neurônios e de glia, por exemplo.

Em Uc San Diego, os organoids do cérebro foram usados para produzir a primeira prova experimental directa que o vírus brasileiro de Zika pode causar defeitos congénitos severos e às drogas existentes do repurpose VIH para uma desordem neurológica rara, herdada. Muotri e a equipe igualmente enviaram recentemente seus organoids do cérebro à estação espacial internacional ao efeito da microgravidade do teste na revelação do cérebro -; e sonda talvez para a vida humana além da terra.

No estudo o mais atrasado, Muotri e os colegas aperfeiçoaram cada etapa da construção organoid do cérebro. Por exemplo, partiram das únicas pilhas, um pouco do que os grupos de pilhas usadas na maioria de protocolos. Igualmente tweaked o sincronismo preciso e a concentração de factores adicionou à organização alerta do neurónio. Não havia um única ingrediente secreto ou inovação, disse ele, mas um pouco diversas melhorias ao longo do tempo.

A optimização pagou fora em termos da diversidade celular e da actividade celular da rede. Por exemplo, a equipe detectou um neurônio primata-específico particular, chamado um neurônio cortical de GABAergic, que nunca antes fosse gerado em um prato do laboratório. De acordo com Muotri, estas pilhas são jogadores importantes na sofisticação de redes neurais.

Para medir a actividade celular da rede, os pesquisadores cresceram seus organoids recentemente aperfeiçoados do cérebro em disposições do multi-eléctrodo. Os eléctrodos capturam e gravam os impulsos elétricos, que aparecem como testes padrões das ondas e dos pontos em um read-para fora do EEG. Com o protocolo novo, os organoids do cérebro foram de produzir 3.000 pontos pela acta a 300.000 pontos pela acta.

Nos seres humanos, as oscilações mudam com idade, porque a conectividade do neurónio se torna. Os cérebros recém-nascidos do bebê tendem a ter períodos de resto (nenhumas ondas) entre pontos da actividade elétrica. Aqueles períodos quietos obtêm mais curtos e mais curtos enquanto o cérebro se torna. A tempo, a actividade de cérebro torna-se constante, embora os níveis variam. Estes testes padrões da oscilação do cérebro correlacionam frequentemente com os estados humanos da cognição e da doença.

Muotri e a equipe compararam seus testes padrões elétricos organoid do cérebro a um conjunto de dados disponível da publicamente - de 567 gravações do EEG de 39 bebês carregados prematuramente, entre uma gestação de 24 e 38 semanas, e por diversas semanas após o nascimento. De seus dias iniciais a nove meses, os organoids do cérebro produziram níveis similares de actividade elétrica, depois de um teste padrão similar: menos tempo quieto, impulsos elétricos mais freqüentes.

Muotri disse que lhe está perguntado frequentemente sobre as implicações éticas deste trabalho, com perguntas como: “Somos nós que obtemos demasiado perto a recrear o cérebro humano?” Estes organoids do cérebro diferem dramàtica dos cérebros humanos de várias maneiras, ele explicaram. Por exemplo, são diversas vezes menores do que um cérebro humano adulto. Não têm hemisférios ou vasos sanguíneos. E não são cercados pelos crânios protectores nem não são conectados a outros tecidos.

“São longe de ser funcional equivalentes a um córtice completo, mesmo em um bebê,” disse Muotri, que é igualmente director do programa da célula estaminal de Uc San Diego e um membro do consórcio de Sanford para a medicina regenerativa. “De facto, nós não temos ainda uma maneira de medir mesmo a consciência ou o sentience.”

Os organoids do cérebro de Muotri podem viver para anos no laboratório, mas seus platôs da actividade em nove meses. Disse que um número de razões puderam se aplicar, incluindo a falta de vasos sanguíneos ou a necessidade para que os neurônios adicionais continuem a se amadurecer.

Os organoids melhores do cérebro podem replicate o cérebro humano no laboratório, Muotri disse, menos pesquisadores precisarão de confiar nos modelos animais e no tecido fetal para compreender e tratar melhor a doença humana.

“Nosso trabalho não substitui ainda a necessidade para o tecido de cérebro fetal humano para a pesquisa, mas é muito atractivo como uma alternativa potencial,” disse.

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.