Создание более точных лабораторных мини-мозгов (органоидов)
Ученые используют стволовые клетки для выращивания в лаборатории миниатюрных органоидов, похожих на мозг. Это открывает новые возможности для изучения неврологического развития, болезней и терапий, которые нельзя провести на живых людях. Однако не все мини-мозги одинаковы, и заставить их точно имитировать ткани человеческого мозга, которые они моделируют, остается сложной задачей.
Сейчас не существует стандартного метода создания таких органоидов, что приводит к значительным различиям между моделями разных лабораторий и даже между партиями в одной лаборатории. Это ставит под сомнение воспроизводимость результатов, например, при скрининге лекарств.
Новое исследование, опубликованное в Stem Cell Reports, предлагает руководящие принципы для преодоления двух основных препятствий: различий в однородности и структуре органоидов. Точное и последовательное воссоздание структуры и клеточного состава определенных участков мозга особенно важно для изучения таких расстройств, как шизофрения и расстройство аутистического спектра.
Ключ к качеству: степень зрелости стволовых клеток
Чтобы создать органоиды диаметром от 1 до 5 мм, ученые:
- Перепрограммируют клетки кожи или крови человека в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки).
- Направляют их на создание нейральных стволовых клеток.
- Стимулируют образование трехмерных органоидов.
Исследователи выяснили, что на качество органоида влияет степень зрелости стволовых клеток, из которых он выращен. Лучшие результаты дают клетки на ранней стадии развития.
Было обнаружено, что для сохранения стволовых клеток в раннем, незрелом состоянии оптимально выращивать их на слое мышиных клеток кожи (фибробластов). Однако такой метод делает органоиды менее пригодными для разработки клеточных терапий и является трудоемким.
Решение: молекулярная альтернатива
С помощью РНК-секвенирования и вычислительного анализа ученые определили четыре молекулы (принадлежащие к суперсемейству трансформирующего фактора роста бета), которые отвечают за поддержание стволовых клеток в менее развитом состоянии.
Добавление этих четырех молекул к стволовым клеткам в чашке Петри позволило сохранить их в незрелом состоянии без использования мышиных клеток и производить высококачественные, хорошо структурированные органоиды.
Это открытие приближает ученых к целям изучения и разработки методов лечения сложных неврологических заболеваний.