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Le guide di approccio di apprendimento automatico studiano l'ipotalamo umano al livello unicellulare

I organoids del cervello umano sono piattaforme notevoli per la modellistica delle funzionalità dello sviluppo e delle malattie del cervello umano.

L'edilizia sui metodi per generare i organoids per modellare le regioni differenti del cervello quali la corteccia ed il mesemcefalo, ricercatori alla scuola di medicina di Perelman all'università della Pennsylvania ha generato i primi organoids del nucleo arcuato (ARCO), una struttura essenziale nell'ipotalamo che invia i segnali di fame e di ritenere in pieno. Questa parte dell'ipotalamo esibisce una somma enorme di diversità delle cellule ed è molto più complessa delle parti precedentemente modellistiche del cervello.

In un documento ha pubblicato oggi in cellula staminale delle cellule, ricercatori al rapporto di Penn che genera i organoids arcuati (ARCOs) quel modello l'ARCO dell'ipotalamo. Gli studi precedenti hanno generato i 2D neuroni del tipo di ipotalamica e i organoids ipotalamici 3D dalle cellule staminali pluripotent incitate essere umano (iPSCs). Tuttavia, nessun protocollo precedentemente è esistito per generare i organoids nucleo-specifici dell'ipotalamo.

I ricercatori hanno applicato un approccio di apprendimento automatico ed hanno usato i dati pubblicati del mouse per predire le popolazioni dell'ARCO nell'ipotalamo umano al livello unicellulare. I ricercatori poi hanno paragonato i diversi cluster delle celle dal gruppo di dati di ARCO alle celle umane prevedute dell'ARCO nell'ipotalamo umano neonatale. Facendo uso di questo approccio, hanno determinato che il tipo molto simile diversità ed impronte molecolari delle cellule della mostra di ARCOs a quelli degli archi umani.

Questo modello fornisce le opportunità di esaminare lo sviluppo fetale umano precedentemente inaccessibile del nucleo arcuato ipotalamico. Per la prima volta, abbiamo un atlante della cella digitiamo dentro l'ipotalamo umano, che sarà una cianografia più ulteriormente a capire lo sviluppo dei disordini del cervello, quali determinate cause dell'obesità e dell'autismo.„

il Guo-Li Ming, MD, PhD, studia l'autore e professore senior della neuroscienza, scuola di medicina, università della Pennsylvania

Conoscere che una disfunzione all'interno dell'ipotalamo può piombo ai disordini quale la sindrome di Prader-Willi (PWS) - una malattia genetica ha causato da una perdita di funzione dei geni specifici sul cromosoma 15, in cui i pazienti diventano costantemente affamati, spesso piombo all'obesità e ad altre complicazioni - iPSCs generati ricercatori da due pazienti con le mutazioni genetiche conosciute che causano PWS ed usato quelli per derivare ARCOs.

Hanno indicato che ARCOs è derivato dai pazienti con PWS mantiene le impronte paziente-specifiche del gene e di malattia. Per esempio, uno dei tipi delle cellule all'interno dell'ARCO è responsabile della regolamentazione della risposta di leptina, che regolamenta l'ingestione di cibo ed è conosciuto che questa via funziona male in pazienti con PWS.

I ricercatori hanno trovato che effettivamente c'è egualmente una disfunzione nella risposta di leptina e nelle vie di segnalazione nel PWS ARCO, suggerente che non solo può ARCOs ricapitolare i singoli nuclei in termini di loro tipo diversità ed impronte molecolari delle cellule, ma ARCOs paziente-derivato può ricapitolare determinate impronte di malattia.

“Il nostro studio fornisce un evolutivo, efficiente ed il protocollo robusto per generare i organoids Arco-specifici, che possono essere usati per modellare i trattamenti inerenti allo sviluppo ipotalamici iniziali e le malattie di cervello riferite,„ Ming dice. “Guardo in avanti agli studi futuri con un più grande gruppo dei donatori di sindrome di Prader-Willi per aiutarci a migliorare PWS di modello a ARCOs e più ulteriormente a capire la patologia potenziale del disordine ai livelli cellulari e molecolari.„

Source:
Journal reference:

Huang, W-K., et al. (2021) Generation of hypothalamic arcuate organoids from human induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. doi.org/10.1016/j.stem.2021.04.006.