W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Cell Stem Cell 2 lutego naukowcy wykazali, że organoidy mózgowe – skupiska wyhodowanych w laboratorium neuronów – mogą integrować się z mózgami szczurów i reagować na stymulację wizualną, taką jak migające światła.
Dziesięciolecia badań wykazały, że możemy przeszczepiać pojedyncze neurony ludzkie i gryzoni do mózgów gryzoni, a ostatnio wykazano, że organoidy ludzkiego mózgu mogą integrować się z rozwijającymi się mózgami gryzoni. Jednak to, czy te przeszczepy organoidalne mogą funkcjonalnie zintegrować się z układem wzrokowym uszkodzonych dorosłych mózgów, nie zostało jeszcze zbadane.
„Skupiliśmy się nie tylko na przeszczepianiu pojedynczych komórek, ale na przeszczepianiu tkanki” – mówi starszy autor H. Isaac Chen, lekarz i adiunkt neurochirurgii na Uniwersytecie w Pensylwanii. „Organoidy mózgowe mają architekturę; mają strukturę przypominającą mózg. Byliśmy w stanie przyjrzeć się poszczególnym neuronom w obrębie tej struktury, aby uzyskać głębsze zrozumienie integracji przeszczepionych organoidów”.
Naukowcy hodowali neurony pochodzące z ludzkich komórek macierzystych w laboratorium przez około 80 dni, zanim wszczepili je do mózgów dorosłych szczurów, które doznały uszkodzeń kory wzrokowej. W ciągu trzech miesięcy przeszczepione organoidy zintegrowały się z mózgiem gospodarza: zostały unaczynione, rosły w rozmiar i liczbę, wysyłały projekcje neuronalne i tworzyły synapsy z neuronami gospodarza.
Zespół wykorzystał wirusy ze znacznikami fluorescencyjnymi, które przeskakują wzdłuż synaps, od neuronu do neuronu, w celu wykrycia i śledzenia fizycznych połączeń między komórkami organoidalnymi i mózgowymi szczura gospodarza. „Wstrzykując jeden z tych wirusowych znaczników do oka zwierzęcia, byliśmy w stanie prześledzić połączenia neuronalne poniżej siatkówki” – mówi Chen. “Trader dotarł aż do organoidu.”
Następnie naukowcy wykorzystali sondy elektrodowe do pomiaru aktywności poszczególnych neuronów w organoidzie, gdy zwierzęta były wystawione na działanie migających świateł i naprzemiennych białych i czarnych pasków. „Widzieliśmy, że spora liczba neuronów w organoidzie reagowała na określone orientacje światła, co daje nam dowód, że te neurony organoidalne były w stanie nie tylko zintegrować się z układem wzrokowym, ale były w stanie przyjąć bardzo specyficzne funkcje wzrokowe” kora.”
Zespół był zaskoczony stopniem, w jakim organoidy były w stanie zintegrować się w ciągu zaledwie trzech miesięcy. „Nie spodziewaliśmy się tak wczesnego stopnia integracji funkcjonalnej” — mówi Chen. „Istniały inne badania dotyczące przeszczepiania pojedynczych komórek, które pokazują, że nawet 9 lub 10 miesięcy po przeszczepieniu ludzkich neuronów gryzoniu nadal nie są one w pełni dojrzałe”.
„Tkanki nerwowe mają potencjał do odbudowy obszarów uszkodzonego mózgu” – mówi Chen. „Nie opracowaliśmy wszystkiego, ale jest to bardzo solidny pierwszy krok. Teraz chcemy zrozumieć, w jaki sposób organoidy mogą być wykorzystywane w innych obszarach kory mózgowej, nie tylko w korze wzrokowej, i chcemy zrozumieć zasady, które kierować tym, jak neurony organoidalne integrują się z mózgiem, abyśmy mogli lepiej kontrolować ten proces i sprawić, by przebiegał on szybciej”.