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los organoids Laboratorio-crecidos del cerebro y los cerebros de los bebés del prematuro generan impulsos eléctricos similares

Los organoids del cerebro - mini-cerebros también llamados - son los modelos celulares 3D que representan aspectos del cerebro humano en el laboratorio. Los organoids del cerebro ayudan a investigadores a rastrear el revelado humano, desenredan las acciones moleculares que llevan a la enfermedad y prueban nuevos tratamientos. No son reproducciones del prefecto, por supuesto. Los organoids del cerebro no repliegan la función cognoscitiva, pero los investigadores pueden verificar cómo una estructura física organoide o los cambios de la expresión génica en un cierto plazo o como resultado de un virus o de una droga.

Los investigadores de San Diego de la Universidad de California ahora han tomado el un paso más allá de los organoids del cerebro, logrando un nivel sin precedente de actividad de la red neuronal -; impulsos eléctricos que se pueden registrar por matrices multi-electrodo. Usando datos de los bebés nacidos hasta los meses de la tres-y-uno-mitad prematuros, las personas desarrollaron un algoritmo para predecir su edad-basado sobre configuraciones de EEG. El algoritmo entonces leyó organoids laboratorio-crecidos del cerebro la misma manera, y les destinó una edad.

La configuración eléctrica del impulso para los organoids de nueve meses del cerebro reveló características similares a las de un niño prematuro que había alcanzado el completo-término (gestación de 40 semanas).

Estos nuevos organoids optimizados del cerebro, descritos en la aplicación del 29 de agosto de 2019 la célula madre de la célula, pueden permitir para que los investigadores estudien las enfermedades mentales que no se causan cerca ni dan lugar a cambios fisiológicos públicos, sino que por el contrario implican perturbaciones en actividad de la red de la neurona, tal como autismo o epilepsia. Para muchas de estas condiciones, no hay laboratorio relevante o modelos animales.

No podríamos creerla al principio - pensamos que funcionaban incorrectamente nuestros electrodos. Porque los datos golpeaban tan, pienso que mucha gente era clase de escéptico sobre ella, y comprensible tan.”

autor Alysson Co-mayor R. Muotri, doctorado, profesor de la pediatría y del remedio celular y molecular en la Facultad de Medicina de Uc San Diego

Muotri llevó el estudio con Bradley Voytek, doctorado, profesor adjunto de la ciencia cognitiva en la división de Uc San Diego de ciencias sociales.

La construcción organoide del cerebro comienza con una fuente quizás asombrosamente: una muestra adulta de la piel. En el laboratorio, los investigadores convierten a las células epiteliales en las células madres pluripotent inducidas (iPSCs). Como la mayoría de las células madres, con el cóctel derecho de factores moleculares, los iPSCs se pueden ordenar especializarse en cualquier tipo de la célula. En este caso, sienten bien a neuronas -; diversos tipos de neuronas y de glia, por ejemplo.

En Uc San Diego, los organoids del cerebro se han utilizado para producir la primera prueba experimental directa que el virus brasileño de Zika puede causar defectos de nacimiento severos y a las drogas existentes del VIH del repurpose para un desorden neurológico raro, heredado. Muotri y las personas también enviaron recientemente sus organoids del cerebro a la estación espacial internacional al efecto de la microgravedad de la prueba sobre el revelado del cerebro -; y prospecta quizá para la vida humana más allá de la tierra.

En el último estudio, Muotri y los colegas optimizaron cada paso de la construcción organoide del cerebro. Por ejemplo, empezaron con células, bastante que los grupos de células usadas en la mayoría de los protocolos. También pellizcaron la sincronización exacta y la concentración de factores agregó a la organización pronto de la neurona. No había un único ingrediente secreto o innovación, él dijo, sino bastante varias mejorías en un cierto plazo.

La optimización pagó lejos en términos de diversidad celular y actividad celular de la red. Por ejemplo, las personas descubrieron una neurona primate-específica determinada, llamada una neurona cortical de GABAergic, que había sido generada nunca antes en un plato del laboratorio. Según Muotri, estas células son jugadores importantes en la sofisticación de redes neuronales.

Para medir actividad celular de la red, los investigadores crecieron sus organoids nuevamente optimizados del cerebro en matrices multi-electrodo. Los electrodos capturan y registran los impulsos eléctricos, que aparecen como configuraciones de ondas y de picos en una lectura de EEG. Con el nuevo protocolo, los organoids del cerebro fueron de producir 3.000 picos por minuto a 300.000 picos por minuto.

En seres humanos, las oscilaciones cambian con edad, pues la conectividad de la neurona se convierte. Los cerebros recién nacidos del bebé tienden a tener períodos del descanso (ningunas ondas) entre los picos de la actividad eléctrica. Esos períodos reservados consiguen más cortos y más cortos mientras que el cerebro se convierte. A tiempo, la actividad cerebral llega a ser constante, aunque los niveles varían. Estas configuraciones de la oscilación del cerebro correlacionan a menudo con los estados humanos de la cognición y de la enfermedad.

Muotri y las personas compararon sus configuraciones eléctricas organoides del cerebro al grupo de datos disponible de a público - de 567 grabaciones de EEG a partir de 39 bebés soportados prematuramente, entre la gestación de 24 y 38 semanas, y por varias semanas después del nacimiento. A partir de sus días iniciales a nueve meses, los organoids del cerebro produjeron niveles similares de actividad eléctrica, después de una configuración similar: menos tiempo reservado, impulsos eléctricos más frecuentes.

Muotri dijo que a menudo le preguntan acerca de las implicaciones éticas de este trabajo, con preguntas como: “Somos que consiguen demasiado cerca a reconstruir el cerebro humano?” Estos organoids del cerebro difieren dramáticamente de cerebros humanos en gran medida, él explicaron. Por ejemplo, son varias veces más pequeños que un cerebro humano adulto. No tienen hemisferios o vasos sanguíneos. Y no son rodeados por los cráneos protectores ni se conectan con otros tejidos.

“Están lejos de ser funcionalmente equivalentes a una corteza completa, incluso en un bebé,” dijo a Muotri, que es también director del programa de la célula madre de Uc San Diego y una pieza del consorcio de Sanford para el remedio regenerador. “De hecho, todavía no tenemos una manera incluso de medir conciencia o sensibilidad.”

Los organoids del cerebro de Muotri pueden vivir por años en el laboratorio, pero sus platillos de la actividad en nueve meses. Él dijo que varias razones pudieron aplicarse, incluyendo la falta de vasos sanguíneos o la necesidad de neuronas adicionales de continuar el madurarse.

Los mejores organoids del cerebro pueden replegar el cerebro humano en el laboratorio, Muotri dijo, menos investigadores necesitarán confiar en los modelos animales y el tejido fetal para entender y para tratar mejor enfermedad humana.

“Nuestro trabajo todavía no reemplaza la necesidad del tejido cerebral fetal humano para la investigación, sino que es muy atractivo como opción potencial,” él dijo.

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.