Beyin Organoidleri Otizme Bir Pencere Sağlar

Özet: Otizm ve insan beyni gelişimi ile ilişkili genetik anormalliklerin etkilerini araştıran araştırmacılar, ASD ile ilişkili SHANK3 geninin daha düşük seviyelerine sahip olacak şekilde tasarlanmış beyin organoidlerinin, sinirsel ateşleme hiperaktivitesi, hücrelerin birbirine yapışmasına neden olan yollardaki bozulmalar gibi farklı özelliklere sahip olduğunu buldular. ve etkisiz nörotransmisyon belirtileri.

Kaynak: Utah Üniversitesi

Utah Üniversitesi Sağlık bilim adamları, ne yaparsanız yapın, onlara “mini beyinler” demeyin. Ne olursa olsun, laboratuvarda insan hücrelerinden yetiştirilen tohum büyüklüğündeki organoidler, beyne içgörü sağlar ve bazı insanlarda otizme katkıda bulunabilecek farklılıkları ortaya çıkarır.

U Health’de nörobiyoloji yardımcı doçenti olan Alex Shcheglovitov, “Beyindeki hücrelerin organizasyonunu modellemenin çok zor olacağını düşünürdük” diyor. “Fakat bu organoidler kendi kendilerini organize ederler. Birkaç ay içinde insan beynindeki serebral korteksi andıran hücre katmanları görüyoruz.”

Organoidleri ve bunların sinir hastalıklarını anlama potansiyellerini açıklayan araştırma, Doğa İletişimi 6 Ekim’de Kıdemli yazar olarak Shcheglovitov ve laboratuvarında eski bir yüksek lisans öğrencisi olan PhD, baş yazar olarak Yueqi Wang ile birlikte. Araştırmayı doktora sonrası bilim adamı Simone Chiola, PhD ve Utah Üniversitesi, Harvard Üniversitesi, Milano Üniversitesi ve Montana Eyalet Üniversitesi’ndeki diğer işbirlikçilerle yürüttüler.

otizm araştırması

Beynin özelliklerini bu şekilde modelleme yeteneğine sahip olmak, bilim insanlarına, aksi takdirde erişilmesi neredeyse imkansız olan canlı bir organın iç işleyişine dair bir fikir verir. Ve organoidler bir tabakta büyüdükleri için, bir beynin yapamayacağı şekillerde deneysel olarak test edilebilirler.

Shcheglovitov’un ekibi, otizm spektrum bozukluğu ve insan beyni gelişimi ile ilişkili genetik bir anormalliğin etkilerini araştırmak için yenilikçi bir süreç kullandı. Organoidlerin, genin daha düşük seviyelerine sahip olacak şekilde tasarlandığını buldular. SHNK3belirgin özellikleri vardı.

Otizm organoid modeli normal görünse de bazı hücreler düzgün çalışmıyordu:

  • Nöronlar hiperaktifti, uyaranlara tepki olarak daha sık ateşleniyordu.
  • Diğer işaretler, nöronların sinyalleri diğer nöronlara verimli bir şekilde iletmeyebileceğini gösterdi.
  • Hücrelerin birbirine yapışmasına neden olan spesifik moleküler yollar bozuldu.

Yazarlar, bu bulguların otizmle ilişkili semptomların hücresel ve moleküler nedenlerini ortaya çıkarmaya yardımcı olduğunu söylüyor. Ayrıca laboratuvarda yetiştirilen organoidlerin beyni, nasıl geliştiğini ve hastalık sırasında neyin yanlış gittiğini daha iyi anlamak için değerli olacağını da gösteriyorlar.

Araştırmanın ortak yazarı ve ABD’de biyomedikal mühendisliği yardımcı doçenti olan Jan Kubanek, “Bir amaç, ilaçları veya bozuklukları tersine çevirmek veya tedavi etmek için diğer müdahaleleri test etmek için beyin organoidlerini kullanmaktır” diyor.

Daha iyi bir beyin modeli oluşturmak

Bilim adamları uzun zamandır insan beyni için uygun modeller aradılar. Laboratuarda yetiştirilen organoidler yeni değil, ancak önceki sürümler yeniden üretilebilir bir şekilde gelişmedi ve bu da deneylerin yorumlanmasını zorlaştırdı.

Geliştirilmiş bir model oluşturmak için Shcheglovitov’un ekibi, beynin normal şekilde nasıl geliştiğinden ipuçları aldı. Araştırmacılar, insan kök hücrelerini, bir tabakta nöral rozet adı verilen kendi kendini organize eden yapılar oluşturan spesifik bir kök hücre türü olan nöroepitelyal hücreler haline getirmeye teşvik etti. Aylar boyunca, bu yapılar küreler halinde birleşti ve büyüyen bir fetüste gelişen beyine benzer bir oranda boyut ve karmaşıklık bakımından arttı.

Organoidler, dil, duygu, akıl yürütme ve diğer üst düzey zihinsel süreçlerle ilgili beynin en dış tabakası olan serebral kortekste bulunan bir dizi nöral ve diğer hücre tiplerini içeriyordu. Kredi bilgileri: Yueqi Wang

Shcheglovitov, laboratuvarda beş ay kaldıktan sonra, organoidlerin gebe kaldıktan 15 ila 19 hafta sonra “insan beyninin bir kırışıklığını” hatırlattığını söylüyor. Yapılar, dil, duygu, akıl yürütme ve diğer üst düzey zihinsel süreçlerle ilgili beynin en dış tabakası olan serebral kortekste bulunan bir dizi nöral ve diğer hücre tiplerini içeriyordu.

Bir insan embriyosu gibi, organoidler tahmin edilebilir bir şekilde kendi kendine organize olurlar, salınımlı elektriksel ritimlerle titreşen ve çeşitli farklı türde olgun beyin hücrelerinin karakteristiği olan çeşitli elektrik sinyalleri üreten sinir ağları oluştururlar.

“Bu organoidlerin, beyindeki gerçek aktiviteye benzeyen elektrofizyolojik aktivite kalıpları vardı. Bunu beklemiyordum,” diyor Kubanek. “Bu yeni yaklaşım, çoğu büyük hücre tipini ve işlevsel olarak anlamlı şekillerde modelliyor.”

Shcheglovitov, korteksteki karmaşık yapıları daha güvenilir bir şekilde yansıtan bu organoidlerin, bilim adamlarının beyindeki belirli hücre türlerinin nasıl ortaya çıktığını ve daha karmaşık işlevleri gerçekleştirmek için birlikte çalışmasına olanak sağlayacağını açıklıyor.

Wang, “İnsan beynindeki karmaşık nöral yapıların basit atalardan nasıl ortaya çıktığını anlamaya başlıyoruz” diyor. “Ve genetik mutasyonlar içeren kök hücrelerden türetilen 3D organoidleri kullanarak hastalıkla ilgili fenotipleri ölçebiliyoruz.”

Organoidleri kullanarak, araştırmacıların semptomlar gelişmeden önce nörolojik durumların en erken aşamalarında neler olduğunu daha iyi araştırabileceklerini ekliyor.

Finansman: Çalışmaya destek Ulusal Sağlık Enstitüleri, Beyin Araştırmaları Vakfı, Beyin ve Davranış Araştırmaları Vakfı, Whitehall Vakfı, Utah Üniversitesi Nörobilim Girişimi ve Utah Üniversitesi Genom Projesi Girişimi’nden geldi.

Ayrıca bakınız

Bu bir beyin gösterir

Bu otizm araştırma haberleri hakkında

Yazar: Julie Çam
Kaynak: Utah Üniversitesi
İletişim: Julie Kiefer – Utah Üniversitesi
Resim: Görüntü Yueqi Wang’a yatırıldı

Orjinal araştırma: Açık Erişim.
Alex Shcheglovitov ve ark., “Tek nöral rozetlerden üretilen organoidleri kullanarak insan telensefalik gelişimini ve otizmle ilişkili SHANK3 eksikliğini modelleme”. Doğa İletişimi


Soyut

Tek nöral rozetlerden üretilen organoidleri kullanarak insan telensefalik gelişimini ve otizmle ilişkili SHANK3 eksikliğini modelleme

İnsan telensefalonu, birçok benzersiz insan davranışı ve bozukluğu ile ilişkili evrimsel olarak gelişmiş bir beyin yapısıdır. Bununla birlikte, insan telensefalik gelişiminde rol oynayan hücre soyları ve moleküler yollar büyük ölçüde bilinmemektedir.

Kök hücre kaynaklı tek nöral rozetlerden insan telensefalik organoidleri üretiyoruz ve normal ve patolojik koşullar altında telensefalik gelişimi araştırıyoruz.

Tek nöral rozet türevli organoidlerin, pallial ve subpallial nöral progenitörler, uyarıcı ve inhibitör nöronların yanı sıra makroglial ve periendotelyal hücreler içerdiğini ve öngörülebilir organizasyon ve sitomimari sergilediğini gösterdik.

SNR’den türetilen organoidlerdeki nöronların özelliklerini kapsamlı bir şekilde karakterize ediyoruz ve telensefalik gelişimin başlarında ortak bir NP havuzundan uyarıcı ve inhibe edici nöral soyların spesifikasyonu ile ilişkili transkripsiyonel programları tanımlıyoruz.

Ayrıca, otizm ve zihinsel engellilikle ilişkili bir genin hemizigos silinmesiyle organoidlerdeki nöronların olduğunu da gösteriyoruz. SHNK3 içsel ve uyarıcı sinaptik eksiklikler ve birkaç kümelenmiş protocadherinin bozulmuş ekspresyonu sergiler.

Toplu olarak, bu çalışma, insan telensefalik kortiko-striatal gelişimini incelemek için güvenilir bir model olarak SNR’den türetilen organoidleri doğrular ve insan telensefalik dokusundaki içsel, sinaptik ve kümelenmiş protokadherin ekspresyon eksikliklerini tanımlar. SHNK3 hemizigosite.

Leave a Comment