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Les chercheurs développent les organoids de cerveau qui montrent l'activité neurale assimilée aux esprits humains vivants

Les chercheurs au centre grand d'Eli et d'Edythe du médicament régénérateur et de la recherche de cellule souche à l'UCLA ont développé des organoids de cerveau - ; 3D, structures comme un cerveau développées des cellules souche humaines - ; que les ondes dispensées par exposition de l'activité assimilées à ceux ont trouvé en esprits humains vivants.

Puis, tout en étudiant des organoids développés des cellules souche dérivées des patients présentant le syndrome de Rett de trouble neurologique, les scientifiques pouvaient observer les configurations des grippages de ressemblance d'activité électrique, un cachet de la condition.

L'étude, aujourd'hui publié en neurologie de nature de tourillon, élargit la liste d'états de cerveau qui peuvent être étudiés dans les organoids et illustre davantage la valeur de ces modèles cellulaires humains en vérifiant les causes sous-jacentes des traitements potentiels des maladies et de contrôle.

« Ce travail explique que nous pouvons effectuer les organoids qui ressemblent au tissu d'esprit humain réel et peuvent être employés pour reproduire exactement certaines caractéristiques de fonctionnement et de maladie d'esprit humain, » avons dit Bennett Novitch, un membre du centre de recherche grand de cellule souche et auteur supérieur de l'étude.

Au cours de la dernière décennie, les chercheurs ont découvert comment prendre des cellules du fuselage d'une personne, tel que la peau ou les globules sanguins, les cajolent dans le laboratoire pour devenir les cellules souche pluripotent induites, ou les cellules d'IPS, et diriger alors ces cellules former n'importe quel type de cellule a trouvé dans le fuselage - ; y compris des neurones. Les scientifiques maintenant peuvent même encourager des cellules d'IPS à totaliser dans les formes en trois dimensions, produisant les organoids qui examinent plutôt les organes humains miniatures que des cellules dans une assiette plate.

Cette avance a permis à des scientifiques d'étudier comment les cellules d'une personne pourraient être différentes que la norme, et d'effectuer les expériences qui ne sont pas possibles dans les êtres humains vivants - ; manipulant la génétique des cellules de rein, ou employant des organoids de poumon pour étudier comment COVID-19 infecte et endommage les poumons, par exemple.

Quand il s'agit d'esprit humain, cependant, produisant organoid qui imite la complexité structurelle de l'organe est particulièrement provocante. Obliger les cellules à dispenser car elles dans un esprit humain est juste une partie du combat.

Les cellules doivent également brancher entre eux et fonctionnement comme les neurones dans un esprit humain. Les cellules d'esprit humain en bonne santé envoient non seulement les signes électriques dans tout le cerveau en réponse aux stimulus mais ont également les ondes coordonnées des vibrations neurales appelées ou des ondes cérébrales d'activité. Des configurations distinctes des ondes cérébrales sont associées aux activités spécifiques - ; apprendre ou dormir, par exemple - ; et les anomalies dans ces configurations peuvent être un signe de la maladie.

« Avec beaucoup de maladies neurologiques, vous pouvez avoir des sympt40mes terribles mais les regards de cerveau matériel affinent, » a dit M. Ranmal Samarasinghe, un membre du centre de recherche grand de cellule souche et le premier auteur du papier. « Ainsi pour pouvoir rechercher des réponses aux questions au sujet de ces maladies, il est très important qu'avec des organoids nous puissions modéliser pas simplement la structure du cerveau mais du fonctionnement aussi bien. »

Après production d'une série d'organoids de cerveau dérivés des cellules de la peau des personnes en bonne santé, Novitch, Samarasinghe, et collègues au centre de recherche intellectuel et de développement d'UCLA d'invalidités ont employé deux approches différentes pour étudier les configurations de l'activité électrique à l'intérieur de elles - ; un impliqué insérant une sonde dans chacun organoid à l'activité cérébrale de mesure, l'autre observant les cellules du cerveau dans l'action sous un microscope.

Certaines d'informations qu'elles ont recueillies étaient apparentées aux scientifiques de caractéristiques trouveraient normalement dans les électroencéphalogrammes appelés d'échographies de cerveau ou les EEG. L'analyse a montré des genres multiples de vibrations neurales.

Je n'avais pas anticipé la gamme des configurations de vibration que nous verrions. En apprenant comment régler que la vibration modèle les documents organoid, nous pouvons pouvoir modéliser éventuellement différentes conditions de cerveau. »

Novitch, Samarasinghe, professeur d'Ethel Scheibel de la neurologie, Université de Californie - les sciences de santé de Los Angeles

Ensuite, l'équipe a développé des organoids de cerveau utilisant des cellules des gens avec le syndrome de Rett, une affection génétique liée à apprendre des délais, les mouvements répétitifs, et les grippages. Tandis que les organoids semblaient normaux dans la structure et l'organisme, leurs vibrations neurales étaient anormales : Elles ont manqué de la variété de vibrations expliquées dans les organoids de non-Rett. Au lieu de cela, les organoids de Rett ont eu rapidement, activité désorganisée comme quels cliniciens voient dans les EEG des gens avec le syndrome de Rett et les troubles relatifs.

Quand Novitch et Samarasinghe ont traité les organoids de Rett avec un Pifithrin-alpha appelé de médicament expérimental, les configurations grippage-associées d'activité ont disparu, et l'activité neurale des organoids est devenue plus normale.

L'utilisation des organoids d'étudier des troubles cérébraux demeurera limitée parce que les organoids ne reproduisent pas chaque aspect d'un esprit humain - ; ils manquent des vaisseaux sanguins, par exemple - ; et ils ressemblent à des cerveaux à l'étude le développement précoce plutôt que les cerveaux adultes. Mais l'étude d'UCLA propose qu'ils pourraient cependant être employés pour vérifier un large éventail de fonctions cérébrales, de troubles, et de médicaments qui ne pourraient pas être étudiés avec des cellules du cerveau dans une boîte de Pétri.

« C'est l'un des premiers exemples réels du contrôle de médicament dans l'action dans un cerveau organoid, » a dit Samarasinghe, qui est également un professeur adjoint de la neurologie. « Nous espérons qu'elle sert de pierre de progression vers une meilleure compréhension de biologie et d'encéphalopathie d'esprit humain. »

Source:
Journal reference:

Samarasinghe, R. A., et al. (2021) Identification of neural oscillations and epileptiform changes in human brain organoids. Nature Neuroscience. doi.org/10.1038/s41593-021-00906-5.