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As ajudas da aproximação da aprendizagem de máquina estudam o hipotálamo humano a nível da único-pilha

Os organoids do cérebro humano são plataformas notáveis para modelar características da revelação e das doenças do cérebro humano.

A construção nos métodos para gerar organoids para modelar regiões diferentes do cérebro tais como o córtice e o midbrain, pesquisadores na Faculdade de Medicina de Perelman na Universidade da Pensilvânia gerou os primeiros organoids do núcleo arqueado (ARCO), uma estrutura essencial no hipotálamo que envia sinais da fome e do sentimento completamente. Esta peça do hipotálamo exibe uma quantidade enorme de diversidade da pilha, e é distante mais complexa do que partes previamente modeladas do cérebro.

Em um papel publicou hoje na célula estaminal da pilha, pesquisadores no relatório de Penn que gera organoids arqueados (ARCOs) esse modelo o ARCO do hipotálamo. Os estudos precedentes geraram 2D hypothalamic-como os neurônios e os organoids 3D hypothalamic das células estaminais pluripotent induzidas ser humano (iPSCs). Contudo, nenhum protocolo existiu previamente para gerar organoids núcleo-específicos do hipotálamo.

Os pesquisadores aplicaram uma aproximação da aprendizagem de máquina e usaram dados publicados do rato para prever populações do ARCO no hipotálamo humano a nível da único-pilha. Os pesquisadores compararam então conjuntos individuais de pilhas do conjunto de dados de ARCO com as pilhas humanas previstas do ARCO no hipotálamo humano neonatal. Usando esta aproximação, determinaram que o tipo muito similar diversidade e assinaturas moleculars da pilha da exibição de ARCOs àqueles de arcos humanos.

Este modelo fornece oportunidades de examinar a revelação fetal humana previamente inacessível do núcleo arqueado hypothalamic. Pela primeira vez, nós temos um atlas da pilha dactilografamos dentro o hipotálamo humano, que será um modelo mais a compreender a revelação de desordens do cérebro, tais como determinadas causas da obesidade e do autismo.”

o Guo-li Ming, DM, PhD, estuda o autor e o professor superiores da neurociência, Faculdade de Medicina, Universidade da Pensilvânia

Conhecer que uma deficiência orgânica dentro do hipotálamo pode conduzir às desordens tais como a síndrome de Prader-Willi (PWS) - uma desordem genética causou por uma perda de função de genes específicos no cromossoma 15, em que os pacientes se tornam constantemente com fome, frequentemente conduzindo à obesidade e às outras complicações - iPSCs gerados pesquisadores de dois pacientes com mutações genéticas conhecidas que causam PWS, e usado aqueles para derivar ARCOs.

Mostraram que ARCOs se derivou dos pacientes com PWS mantem assinaturas paciente-específicas da doença e do gene. Por exemplo, um dos tipos da pilha dentro do ARCO é responsável para regular a resposta do leptin, que regula a ingestão de alimentos, e sabe-se que este caminho funciona mal nos pacientes com PWS.

Os pesquisadores encontraram que certamente há igualmente uma deficiência orgânica na resposta do leptin e nos caminhos da sinalização no PWS ARCO, sugerindo que não somente pode o ARCOs recapitular únicos núcleos em termos de seu tipo diversidade e assinaturas moleculars da pilha, mas o ARCOs paciente-derivado pode recapitular determinadas assinaturas da doença.

“Nosso estudo fornece um evolutivo, eficiente, e o protocolo robusto para gerar os organoids Arco-específicos, que podem ser usados para modelar processos desenvolventes hypothalamic adiantados e doenças de cérebro relativas,” Ming diz. “Eu olho para a frente aos estudos futuros com uma coorte maior de doadores da síndrome de Prader-Willi para ajudar-nos a melhorar PWS modelo em ARCOs e a compreender mais a patologia potencial da desordem a níveis celulares e moleculars.”

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.