Выращивание функционирующей мозговой ткани в 3D
Исследователи из Центра биологии развития RIKEN в Японии заставили эмбриональные стволовые клетки человека самоорганизоваться в трёхмерную структуру, подобную мозжечку. Работа, опубликованная в Cell Reports, показывает, как можно воссоздавать нейронные структуры в лаборатории.
Ключевые достижения:
- Последовательное применение сигнальных молекул к трёхмерным культурам клеток привело к их дифференцировке в функционирующие нейроны мозжечка.
- Клетки самоорганизовались, сформировав правильную дорсально-вентральную организацию и многослойную структуру, как в естественном развивающемся мозжечке.
Ход эксперимента:
- Культивирование клеток с фактором роста фибробластов 2 (FGF2) в течение трёх недель привело к нейральной дифференцировке в области среднего/заднего мозга (где расположен мозжечок).
- Через пять недель появились маркеры мозжечковой пластинки, а также ранние маркеры клеток Пуркинье, гранулярных клеток и нейронов глубоких ядер мозжечка.
- Клетки, обработанные FGF2, экспрессировали поздние маркеры клеток Пуркинье и развили характерные для них структуры.
- Электрофизиологические записи через ~15 недель показали правильные ответы на токи и блокаду рецепторов, что подтвердило развитие функции вместе со структурой.
- Часть клеток также показала маркеры ромбической губы (источник гранулярных клеток), а к седьмой неделе — маркер мигрирующих гранулярных клеток-предшественников. Наблюдалась миграция клеток и образование Т-образных параллельных волокон.
Создание сложной архитектуры:
- Добавление FGF19 примерно на 14-й день привело к образованию к 35-му дню овальных нейроэпителиальных структур с дорсальными маркерами снаружи и вентральными — внутри.
- Добавление фактора SDF1 между 28-м и 35-м днём позволило получить непрерывную нейроэпителиальную структуру с дорсально-вентральной полярностью.
- SDF1 также спровоцировал спонтанное формирование трёх слоёв в дорсальной области: вентрикулярной зоны, зоны клеток-предшественников Пуркинье и зоны ромбической губы.
Значение работы:
Ведущий автор Кейко Мугурума отметила, что продемонстрированные принципы самоорганизации важны для будущего биологии развития. Полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS) пациента нейроны и ткани мозжечка могут быть полезны для моделирования заболеваний, например, спиноцеребеллярной атаксии.