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Os pesquisadores desenvolvem os organoids do cérebro que mostram a actividade neural similar aos cérebros humanos de vida

Os pesquisadores no centro largo de Eli e de Edythe da pesquisa regenerativa da medicina e da célula estaminal no UCLA desenvolveram organoids do cérebro -; 3D, cérebro-como as estruturas crescidas das células estaminais humanas -; que as ondas organizadas mostra da actividade similares àquelas encontraram em cérebros humanos de vida.

Então, ao estudar os organoids crescidos das células estaminais derivadas dos pacientes com a síndrome de Rett da desordem neurológica, os cientistas podiam observar os testes padrões de apreensões de semelhança da actividade elétrica, uma indicação da circunstância.

O estudo, publicado hoje na neurociência da natureza do jornal, alarga a lista de condições do cérebro que podem ser estudadas nos organoids e ilustra mais o valor destes modelos baseados em celulas humanos em investigar as causas subjacentes de terapias potenciais das doenças e do teste.

“Este trabalho demonstra que nós podemos fazer os organoids que se assemelham ao tecido de cérebro humano real e se podem ser usados para replicate exactamente determinadas características da função e da doença do cérebro humano,” dissemos Bennett Novitch, um membro do centro de pesquisa largo da célula estaminal e autor superior do estudo.

Ao longo da última década, os pesquisadores descobriram como tomar pilhas do corpo de uma pessoa, tal como a pele ou os glóbulos, persuadem-nos no laboratório para transformar-se células estaminais pluripotent induzidas, ou pilhas do iPS, e para dirigir então aquelas pilhas para formar qualquer tipo de pilha encontrou no corpo -; incluindo os neurônios. Os cientistas agora podem mesmo incentivar pilhas do iPS agregar nos formulários tridimensionais, criando os organoids que olham mais como os órgãos humanos diminutos do que pilhas em um prato liso.

Esse avanço permitiu cientistas de estudar como as pilhas de uma pessoa puderam ser diferentes do que a norma, e de realizar as experiências que não são possíveis em seres humanos vivos -; manipulando a genética de pilhas do rim, ou usando organoids do pulmão para estudar como COVID-19 contamina e danifica os pulmões, por exemplo.

Quando se trata do cérebro humano, contudo, criando organoid que imita a complexidade estrutural do órgão está desafiando particularmente. Conseguir as pilhas organizar como em um cérebro humano é apenas parte da batalha.

As pilhas igualmente devem conectar um com o outro e função como os neurônios em um cérebro humano. Os neurónios humanos saudáveis não somente para enviar sinais elétricos durante todo o cérebro em resposta aos estímulos mas igualmente para ter coordenado ondas da actividade chamaram oscilações neurais ou brainwaves. Os testes padrões distintos dos brainwaves são associados com as actividades específicas -; aprendizagem ou sono, por exemplo -; e as anomalias nestes testes padrões podem ser uma indicação da doença.

“Com muitas doenças neurológicas, você pode ter sintomas terríveis mas o cérebro olha fisicamente muito bem,” disse o Dr. Ranmal Samarasinghe, um membro do centro de pesquisa largo da célula estaminal e primeiro autor do papel. “Assim para poder procurar respostas às perguntas sobre estas doenças, é muito importante que com organoids nós podemos modelar não apenas a estrutura do cérebro mas da função também.”

Após ter produzido um grupo de organoids do cérebro derivados das células epiteliais de povos saudáveis, Novitch, Samarasinghe, e os colegas no centro intelectual e desenvolvente do UCLA das inabilidades de pesquisa usaram duas aproximações diferentes para estudar os testes padrões da actividade elétrica dentro deles -; um envolveu introduzir uma ponta de prova em cada um organoid à actividade de cérebro da medida, a outro que olha os neurónios na acção sob um microscópio.

Alguma da informação que recolheu era aparentada aos cientistas dos dados encontraria normalmente nas varreduras de cérebro chamadas electroencefalogramas ou EEG. A análise mostrou tipos múltiplos de oscilações neurais.

Eu não tinha antecipado a escala de testes padrões que da oscilação nós veríamos. Aprendendo como controlar que a oscilação modela exibições organoid, nós podemos poder modelar eventualmente estados diferentes do cérebro.”

Novitch, Samarasinghe, professor de Ethel Scheibel da neurociência, Universidade da California - ciências da saúde de Los Angeles

Em seguida, a equipe desenvolveu organoids do cérebro usando pilhas dos povos com síndrome de Rett, uma desordem genética associada com a aprendizagem de atrasos, movimentos repetitivos, e apreensões. Quando os organoids pareceram normais na estrutura e na organização, suas oscilações neurais eram anormais: Faltaram a variedade de oscilações demonstradas nos organoids do non-Rett. Em lugar de, os organoids de Rett tiveram rapidamente, actividade desorganizada como que clínicos vêem nos EEG dos povos com síndrome de Rett e desordens relacionadas.

Quando Novitch e Samarasinghe trataram os organoids de Rett com uma droga experimental chamada Pifithrin-alfa, os testes padrões apreensão-associados da actividade desapareceram, e a actividade neural dos organoids tornou-se mais normal.

O uso dos organoids estudar desordens do cérebro permanecerá limitado porque os organoids não replicate cada aspecto de um cérebro humano -; faltam vasos sanguíneos, por exemplo -; e assemelham-se a cérebros na revelação adiantada um pouco do que cérebros adultos. Mas o estudo do UCLA sugere que poderiam não obstante ser usados para testar uma vasta gama de funções, de desordens, e de drogas do cérebro que não poderiam ser estudadas com neurónios em um prato de Petri.

“Este é um dos primeiros exemplos reais do teste da droga na acção em um cérebro organoid,” disse Samarasinghe, que é igualmente um professor adjunto da neurologia. “Nós esperamos que serve como uma alpondra para uma compreensão melhor da biologia do cérebro humano e da doença de cérebro.”

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.