Lab-grown Mini-Brains forårsaker et etisk opprør

Skriver i den gjeldende online utgaven av tidsskriftet Stamceller og utviklingforskere ved University of California San Diego School of Medicine beskriver utvikling av en rask, kostnadseffektiv metode for å lage humane kortikale organoider direkte fra primære celler.

Eksperimentelle studier med å utvikle menneskelig hjernefunksjon er begrenset. Forskning som involverer levende embryonale individer er begrenset av etiske bekymringer og den skjøre naturen til selve hjernen. Dyremodeller bare etterligger eller rekapitulerer menneskelig biologi og kognitiv funksjon. Enkelcelleundersøkelser fanger ikke kompleksiteten i nevrale nettverk.

De siste årene har utviklingen av vitro menneskelige organoider - tredimensjonale, miniatyriserte, forenklede versjoner av et organ produsert av omprogrammerte stamceller - har tillatt forskere å studere biologiske funksjoner, sykdommer og behandlinger mer realistisk og mer detaljert.

"Og det inkluderer hjernen," sa Alysson R. Muotri, PhD, professor ved UC San Diego School of Medicine avdelinger for pediatri og cellulær og molekylær medisin, direktør for UC San Diego stamcelleprogram og medlem av Sanford Consortium. for regenerativ medisin. “Cerebrale organoider kan danne en rekke hjerneregioner. De viser nevroner som er funksjonelle og i stand til elektrisk eksitasjon. De ligner menneskelig kortikal utvikling på genuttrykkningsnivåene. ”

Muotri er blant lederne i feltet, etter å ha brukt “brain-in-a-dish” -tilnærmingen for å gi det første direkte eksperimentelle beviset for at Zika-viruset kan forårsake alvorlige fødselsskader, for å gjenbruke eksisterende HIV-medisiner på en sjelden gang, arvet nevrologisk lidelse og å lage Neandertaliserte "mini-hjerner."

Men menneskelige hjerneorganoider er vanskelige, tidkrevende og dyre å produsere, og krever sofistikerte verktøy og kunnskap for først å generere menneskelige induserte pluripotente stamceller (iPSCs) som er i stand til å bli nesten alle slags celler fra hudceller, kalt fibroblaster, og deretter dirigere disse iPSC-ene for å differensiere til de forskjellige sammenkoblede celletyper som består av et organ som hjernen.

I den nye artikkelen beskriver seniorforfatter Muotri og kolleger en ny, rask og kostnadseffektiv metode for å omprogrammere individuelle somatiske celler direkte til kortikale organoider fra hundrevis av individer samtidig. For å gjøre dette komprimerte og optimaliserte de flere trinn i prosessen slik at somatiske celler blir omprogrammert, utvidet og stimulert til å danne kortikale celler nesten samtidig. Resultatet er et kortikalt organoid som fullt utvikler seg fra somatiske celler med bare mindre manipulasjon, sa Muotri.

"Det vi har gjort er å etablere en proof-of-prinsipp-protokoll for en systematisk, automatisert prosess for å generere et stort antall hjerneorganoider," sa Muotri. “De potensielle bruksområdene er enorme, inkludert å opprette store hjerneorganoid-arkiver og oppdagelsen av årsaksgenetiske varianter av menneskelige nevrologiske tilstander assosiert med flere mutasjoner av ukjent betydning, som for eksempel autismespektrumforstyrrelse. Hvis vi vil forstå variabiliteten i menneskelig kognisjon, er dette det første trinnet. "