O echipa de cercetatori de la Universitatea Johns Hopkins a realizat un progres revolutionar în domeniul neurostiintelor, cultivând un organoid cerebral care imita în mod remarcabil întregul creier uman, inclusiv cu elemente rudimentare ale vaselor sangvine si activitate neuronala electrica.
A cest organoid multifunctional, denumit „multi-region brain organoid” (MRBO), reuneste diferitele regiuni ale creierului, permite studiul dezvoltarii cerebrale timpurii si al interactiunilor complexe dintre zonele neuronale.
Reusita de exceptie deschide noi cai de cercetare pentru o gama larga de boli neuropsihiatrice si neurodegenerative, precum schizofrenia, autismul sau boala Alzheimer, oferind un model uman complex, mai fidel decât modelele animale traditionale.
Inovatie tehnologica
Pâna în prezent, majoritatea organoidelor cerebrale cultivate în laborator s-au concentrat pe o singura regiune a creierului, cum ar fi cortexul, trunchiul cerebral sau creierul mijlociu. Creat de echipa condusa de Annie Kathuria, profesor asistent la Departamentul de Inginerie Biomedicala din cadrul Johns Hopkins, reprezinta o premiera: este primul organoid care cuprinde tesuturi din toate regiunile majore ale creierului, conectate si functionând în sinergie. Pentru a crea acest model, cercetatorii au cultivat separat celule neuronale din regiunile specifice ale creierului si structuri rudimentare de vase sangvine.
Ulterior, acestea au fost „lipite” folosind proteine adezive biologice, care actioneaza ca un superadeziv natural, facilitând conectarea si interactiunea între diferitele tesuturi. Pe masura ce organoidul s-a dezvoltat, a început sa produca semnale electrice caracteristice activitatii neuronale si sa functioneze ca o retea interconectata.
Creat contine un spectru larg de tipuri celulare neuronale, care reflecta aproximativ 80% din diversitatea celulara observata în creierul unui fetus uman în vârsta de 40 de zile. Desi dimensiunea organoidului este mult mai mica decât cea a creierului adult – având doar aproximativ 6-7 milioane de neuroni comparativ cu zeci de miliarde – acesta constituie un model unic pentru studierea dezvoltarii cerebrale întregi.
Un alt aspect important descoperit a fost formarea incipienta a barierei hematoencefalice, un strat specializat de celule care înconjoara creierul si controleaza strict ce molecule pot patrunde în tesutul cerebral. Aceasta bariera este esentiala pentru protejarea creierului si este implicata în numeroase afectiuni neurologice.
Imbunatatirea testarii medicamentelor
„Este esential sa avem modele care utilizeaza celule umane daca dorim sa întelegem tulburarile neurodezvoltarii sau neuropsihiatrice”, explica Annie Kathuria. „Nu pot cere unui pacient sa-mi permita sa-i examinez creierul pentru a studia autismul sau schizofrenia.
Aceste organoide ne permit sa observam în timp real modul în care se dezvolta afectiunile respective, sa testam tratamente si sa personalizam terapiile pentru fiecare pacient.” Capacitatea de a urmari dezvoltarea bolilor la nivel celular si de a testa terapii noi ofera o oportunitate nepretuita pentru întelegerea mecanismelor subtile care stau la baza afectiunilor complexe ce implica întregul creier.
O alta aplicatie importanta a acestui organoid este testarea medicamentelor pentru afectiuni neuropsihiatrice. Statisticile arata ca între 85% si 90% din medicamentele testate în faza I a studiilor clinice esueaza, iar pentru medicamentele care trateaza tulburarile neuropsihiatrice rata de esec poate ajunge pâna la 96%. Principalul motiv este ca modelele animale nu pot reproduce fidel complexitatea dezvoltarii cerebrale umane si raspunsul la tratamente.
Prin utilizarea organoidelor cerebrale multifunctionale, care imita mai îndeaproape structura si functia creierului uman în dezvoltare, cercetatorii spera sa creasca semnificativ rata de succes a medicamentelor noi. Astfel, pot testa daca un nou tratament are un impact real asupra functionarii neuronale si asupra interactiunilor între regiuni diferite ale creierului.
Aceasta cercetare reprezinta un salt major în domeniul modelarii în laborator a creierului uman. Prin dezvoltarea unor organoide care conecteaza multiple regiuni cerebrale si integreaza elemente vasculare rudimentare, se deschid noi posibilitati pentru întelegerea bolilor neuropsihiatrice, care pâna acum au fost dificil de studiat pe modele animale sau pe culturi celulare simple.
Studiul publicat în Advanced Science subliniaza potentialul acestor organoide de a transforma modul în care investigam conditiile neurologice, permitând atât explorarea mecanismelor de boala, cât si testarea rapida si personalizata a terapiilor. Modelul dezvoltat de cercetatorii de la Johns Hopkins marcheaza o noua era în cercetarea neurostiintifica, permitând o investigare mult mai detaliata si umana a creierului în dezvoltare.
Capacitatea de a observa în timp real interactiunile între diferite regiuni cerebrale si raspunsul lor la terapii ar putea revolutiona tratamentul bolilor precum schizofrenia, autismul sau Alzheimer, diminuând astfel povara acestor afectiuni complexe asupra societatii.
GABRIEL TUDOR
Comentarii