Naukowcom udało się zaprojektować miniaturowe struktury mózgu zwane organoidami korowymi z funkcjonującą siecią naczyń krwionośnych, która bardzo naśladuje sieć rozwijającego się ludzkiego mózgu. To przełomowe rozwiązanie rozwiązuje krytyczny problem poprzednich „mini-mózgów” hodowanych w laboratorium – ich tendencję do obumierania po kilku miesiącach z powodu braku składników odżywczych. Nowe organoidy opracowane przez Ethana Winklera i jego zespół na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco demonstrują układ naczyniowy z pustymi środkami (światłami) porównywalnymi z naturalnymi naczyniami krwionośnymi, co stanowi znaczący krok w kierunku bardziej realistycznych i trwałych modeli mózgu.
Problem z mini mózgami
Organoidy mózgowe, utworzone po raz pierwszy w 2013 r., stały się cennym narzędziem do badania chorób neurologicznych, takich jak autyzm, schizofrenia i demencja. Jednak ich ograniczona żywotność uniemożliwiła głębsze badania. Pełnowymiarowe mózgi opierają się na złożonych sieciach naczyń krwionośnych dostarczających tlen i składniki odżywcze, podczas gdy organelle wcześniej nie posiadały tej niezbędnej infrastruktury. Komórki w centrum tych struktur szybko obumarłyby bez prawidłowego krążenia krwi.
Nowe podejście do unaczynienia
Zespół Winklera rozwiązał ten problem, hodując organoidy korowe (replikujące korę mózgową) wraz z pojedynczymi organoidami naczyń krwionośnych. Następnie zintegrowali je, umożliwiając równomierne rozprzestrzenienie się sieci naczyniowych w miniaturowych mózgach przez kilka tygodni. Powstałe struktury wykazały niezwykłe podobieństwo do prawdziwego układu naczyniowego mózgu, w tym pustych prześwitów – szczegółu, którego brakowało w poprzednich próbach.
Dlaczego to jest ważne
Lepsze unaczynienie oferuje kilka korzyści:
- Większa przeżywalność: Lepsze dostarczanie składników odżywczych powinno wydłużyć żywotność organoidów, umożliwiając długoterminowe badania.
- Realistyczna symulacja: obecność funkcjonalnych naczyń krwionośnych pozwala na dokładniejsze odtworzenie bariery krew-mózg, niezbędnego mechanizmu ochronnego.
- Badania zaawansowane: Te organoidy mogą przyspieszyć badania nad rozwojem mózgu, modelowaniem chorób i testowaniem leków.
Przyszłe wyzwania pozostają
Chociaż jest to duży postęp, całkowite odtworzenie układu krążenia mózgu pozostaje odległym celem. Obecny system nie posiada aktywnego mechanizmu pompującego serca, zapewniającego ciągły, ukierunkowany przepływ krwi. Naukowcy nie znaleźli jeszcze sposobów na symulację dynamicznego krążenia, które wspiera funkcjonowanie prawdziwych mózgów.
Mimo to Madeline Lancaster z Uniwersytetu w Cambridge nazywa układ naczyniowy światła „imponującym” i „ważnym krokiem”.
Stworzenie tych wysoce unaczynionych organoidów mózgowych przybliża badaczy do stworzenia bardziej złożonych, trwałych modeli do zrozumienia i leczenia chorób neurologicznych.
