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I ricercatori sviluppano i organoids del cervello che mostrano l'attività neurale simile ai cervelli umani viventi

I ricercatori al vasto centro di Edythe e di Eli della ricerca a ricupero della cellula staminale e della medicina al UCLA hanno sviluppato i organoids del cervello -; 3D, strutture del tipo di cervello sviluppate dalle cellule staminali umane -; che le onde organizzate manifestazione di attività simili a quelle hanno trovato in cervelli umani viventi.

Poi, mentre studiavano i organoids sviluppati dalle cellule staminali derivate dai pazienti con la sindrome di Rett di disordine neurologico, gli scienziati potevano osservare i reticoli degli attacchi di somiglianza di attività elettrica, un marchio di garanzia della circostanza.

Lo studio, pubblicato oggi in neuroscienza della natura del giornale, estende la lista degli stati del cervello che possono essere studiati nei organoids e più ulteriormente illustra il valore di questi a modelli basati a cella umani nello studio delle cause fondamentali delle terapie potenziali di prove e di malattie.

“Questo lavoro dimostra che possiamo fare i organoids che somigliano al tessuto di cervello umano reale e possono essere usati per ripiegare esattamente determinate funzionalità della funzione e della malattia del cervello umano,„ abbiamo detto il Bennett Novitch, un membro di vasto centro di ricerca della cellula staminale e l'autore senior dello studio.

Negli ultimi dieci anni, i ricercatori hanno scoperto come catturare le celle dall'organismo di una persona, quali interfaccia o i globuli, li persuadono in laboratorio per diventare cellule staminali pluripotent incitate, o celle di IPS e poi dirigere quelle celle formare qualunque tipo di cella ha trovato nell'organismo -; compreso i neuroni. Gli scienziati ora possono anche incoraggiare le celle di IPS a cumulare nei moduli tridimensionali, creanti i organoids che guardano più simile agli organi umani miniatura che le celle in un piatto piano.

Quell'avanzamento ha permesso agli scienziati di studiare come le celle di una persona potrebbero essere differenti che la norma e di effettuare gli esperimenti che non sono possibili in esseri umani viventi -; manipolando la genetica delle celle del rene, o usando i organoids del polmone per studiare come COVID-19 infetta e danneggia i polmoni, per esempio.

Quando si tratta del cervello umano, tuttavia, creante organoid che imita la complessità strutturale dell'organo è particolarmente provocatoria. Convincere le celle ad organizzare poichè in un cervello umano fa parte appena della battaglia.

Le celle anche devono connettere tra loro e funzione come i neuroni in un cervello umano. Le celle di cervello umano in buona salute non solo inviano i segnali elettrici in tutto il cervello in risposta agli stimoli ma egualmente hanno coordinato le onde delle oscillazioni neurali chiamate attività o dei brainwaves. I reticoli distinti dei brainwaves sono associati con le attività specifiche -; apprendimento o dormire, per esempio -; e le anomalie in questi reticoli possono essere un'indicazione della malattia.

“Con molte malattie neurologiche, potete avere sintomi terribili ma il cervello guarda fisicamente benissimo,„ ha detto il Dott. Ranmal Samarasinghe, un membro di vasto centro di ricerca della cellula staminale e primo autore del documento. “Così potere da cercare le risposte alle domande circa queste malattie, è molto importante che con i organoids possiamo modellare non appena la struttura del cervello ma della funzione pure.„

Dopo la produzione della serie di organoids del cervello derivati dalle cellule epiteliali della gente in buona salute, Novitch, Samarasinghe ed i colleghi al centro intellettuale ed inerente allo sviluppo del UCLA di inabilità di ricerca hanno usato due approcci differenti per studiare i reticoli di attività elettrica dentro loro -; uno ha compreso inserire una sonda in ciascuno organoid all'attività di cervello della misura, l'altra che guarda le cellule cerebrali nell'atto sotto un microscopio.

Alcune delle informazioni che si sono riunite erano analoghe degli scienziati di dati normalmente troverebbero nelle scansioni di cervello chiamate elettroencefalogrammi o elettroencefalogrammi. L'analisi ha mostrato i generi multipli di oscillazioni neurali.

Non avevo preveduto l'intervallo dei reticoli che di oscillazione vederemmo. Imparando come gestire che l'oscillazione modella le mostre organoid, possiamo potere finalmente modellare gli stati differenti del cervello.„

Novitch, Samarasinghe, il professor di Ethel Scheibel di neuroscienza, università di California - scienze di salubrità di Los Angeles

Dopo, il gruppo ha sviluppato i organoids del cervello facendo uso delle celle dalla gente con la sindrome di Rett, una malattia genetica connessa con l'apprendimento delle more, i movimenti ripetitivi e gli attacchi. Mentre i organoids sono sembrato normali nella struttura e nell'organizzazione, le loro oscillazioni neurali erano anormali: Mancavano della varietà di oscillazioni dimostrate nei organoids non-Rett. Invece, i organoids di Rett hanno avuti velocemente, attività disorganizzata come che clinici vedono in elettroencefalogrammi della gente con la sindrome di Rett ed i disordini relativi.

Quando Novitch e Samarasinghe hanno trattato i organoids di Rett con una droga sperimentale chiamata Pifithrin-alfa, i reticoli attacco-associati di attività sono scomparso e l'attività neurale dei organoids è diventato più normale.

L'uso dei organoids studiare i disordini del cervello rimarrà limitato perché i organoids non ripiegano ogni aspetto di un cervello umano -; mancano dei vasi sanguigni, per esempio -; e somigliano ai cervelli nello sviluppo iniziale piuttosto che i cervelli adulti. Ma lo studio del UCLA suggerisce che potrebbero tuttavia essere usati per provare una vasta gamma di funzioni, di disordini e di droghe del cervello che non potrebbero essere studiate con le cellule cerebrali in una capsula di Petri.

“Questo è uno dei primi esempi tangibili della prova della droga nell'atto in un cervello organoid,„ ha detto Samarasinghe, che è egualmente un assistente universitario della neurologia. “Speriamo che servisca da pietra facente un passo verso una migliore comprensione della biologia del cervello umano e della malattia di cervello.„

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.