Использование морфологических признаков для точного отбора органоидов мозга

Исследователи из Киотского университета под руководством профессора Дзюна Такахаси разработали неразрушающую систему для отбора высококачественных церебральных (мозговых) органоидов. Метод основан на анализе их морфологии и позволяет выбирать образцы с нужными типами клеток для потенциальной клеточной терапии после инсульта или травм мозга. Работа опубликована в Stem Cell Reports.

Проблема вариабельности

Органоиды — миниатюрные самоорганизующиеся структуры — являются мощным инструментом для исследований и терапии. Однако из-за стохастической природы их формирования они сильно различаются по составу, даже при использовании продвинутых протоколов. Существует потребность в неразрушающих методах оценки для отбора наиболее подходящих органоидов для трансплантации.

Морфология и клеточный состав

Ученые классифицировали церебральные органоиды из независимых партий на семь типов, каждый с определенными морфологическими чертами. Затем они провели профилирование экспрессии генов на уровне отдельных клеток с помощью scRNA-seq (single-cell RNA sequencing).

Анализ позволил аннотировать типы клеток в каждой группе органоидов на основе экспрессии маркерных генов. Были идентифицированы различные нейрональные субтипы (включая кортикальные и GABAергические нейроны) и ненейрональные клетки (например, фибробласты).

Ключевая корреляция

Исследователи обнаружили четкую связь между формой органоида и его клеточным составом:

• Органоиды с розеткоподобными концентрическими слоистыми структурами состояли преимущественно из кортикальных нейронов.
• Органоиды с низкой прозрачностью и без четких внутренних структур содержали в основном GABAергические нейроны.

Эта корреляция была подтверждена анализом сходства глобальной экспрессии генов (RNA microarray) среди независимых органоидов одного типа, а также с помощью маркерных генов и белков. Результаты были воспроизводимы на разных клеточных линиях.

Отбор для терапии

Для целей клеточной заместительной терапии интерес представляли органоиды с розеткоподобными структурами, богатые кортикальными нейронами. Ученые отобрали органоиды с такой морфологией из трех независимых партий и провели scRNA-seq.

Все отобранные образцы показали сходные профили экспрессии генов, что продемонстрировало высокую воспроизводимость метода отбора на основе морфологии. Важно, что в отобранных органоидах не были обнаружены нецелевые типы клеток, что повышает безопасность потенциальной трансплантации.

Заключение

Работа демонстрирует возможность использования простой визуальной информации для точного неразрушающего отбора церебральных органоидов в качестве потенциального источника клеток для терапии. Этот простой метод классификации может значительно повысить эффективность и безопасность трансплантаций.