Как и во многих других странах мира, лаборатория профессора Мриганки Сур в Институте обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте применила новую технологию церебральных органоидов, или «мини-мозгов», для изучения развития человеческого мозга в условиях здоровья и болезней. Сделав неожиданный вывод о распространенной практике выращивания сложных культур тканей, лаборатория разработала как новое руководство, которое может улучшить технологию, так и новое понимание важной роли, которую преобладающий фермент играет в естественном развитии мозга.
Чтобы создать органоиды, ученые берут клетки кожи у донора, заставляют их превратиться в стволовые клетки, а затем культивируют их в биореакторе, направляя их развитие, добавляя факторы роста и другие химические вещества. В течение нескольких недель стволовые клетки становятся клетками- предшественниками, которые размножаются, а затем становятся нейронами или другими типами клеток мозга или «дифференцируются» в них. Попутно клетки также мигрируют внутри растущей капли, чтобы занять свои места, образуя основные структуры и цепи мозга.
Таким образом, прелесть органоидов в том, что по мере того, как клетки в культуре растут и развиваются вместе, они имитируют многие из основных процессов, которые происходят, когда реальный мозг обретает форму. Когда у доноров клеток есть гены, вызывающие заболевание, органоид, выращенный из их клеток, будет воспроизводить характеристики основного заболевания. Лаборатория Sur использует органоиды для изучения аномального развития мозга при синдроме Ретта, разрушительном состоянии, похожем на аутизм, имеющем генетическую основу.
Обычной практикой в лабораториях по выращиванию органоидов является повышение жизнеспособности клеток путем добавления небольшого химического вещества под названием CHIR 99021 для подавления активности вездесущего природного фермента GSK3-бета. В новом исследовании PLOS ONE команда под руководством научного сотрудника Picower Хлои Делепин подтвердила, что, хотя разные дозы CHIR 99021 действительно могут поддерживать жизнь клеток, они оказывают противоположное влияние на рост органоидов: низкие дозы способствуют росту, а высокие — сдерживают его, а очень высокие. дозы остановят его совсем. Сама по себе эта информация имеет очевидное значение для лабораторий, использующих различные дозы CHIR 99021, но поскольку команда Делепина исследовала, как возникают эти эффекты роста, она также помогает прояснить, на что влияет активность GSK3-бета во время развития мозга.
Это важный вопрос. Другие исследовательские группы, например, показали, что нарушения сигнального пути с участием GSK3-бета в головном мозге связаны с шизофренией и аутизмом. Новые данные моделируют, как различные уровни торможения могут влиять на развитие.
«Это не только увеличивает жизнеспособность клеток, но и меняет другие клеточные процессы, такие как деление, дифференциация и миграция», — сказал Делепин. «Наша идея заключалась в том, чтобы проверить действие различных доз и лучше понять наблюдаемые нами механизмы».
Восемь органоидов показаны в трех столбцах. Они выглядят как белые капли неправильной формы. Маркер шкалы предполагает, что они имеют ширину около 3 мм.
Органоиды показали разную степень роста в зависимости от дозы CHIR 99021. Контроли находятся слева. Те, кто посередине, получили низкую дозу. Те, кто справа, получили большую дозу.
