Kleine Gehirne, die im Labor gezüchtet wurden Stammzellen Wissenschaftler haben spontan rudimentäre Strukturen des Auges entwickelt, berichten die Wissenschaftler in einem bemerkenswerten Papier aus dem Jahr 2021.
Auf kleinen, von Menschen stammenden Gehirnorganoiden, die in Schalen gezüchtet wurden, wuchsen zwei bilateral symmetrische Augenbecher, die die Entwicklung der Augenstrukturen in menschlichen Embryonen widerspiegeln. Dieser überraschende Befund kann uns helfen, den Prozess der Augendifferenzierung und -entwicklung sowie Augenkrankheiten besser zu verstehen.
„Unsere Arbeit unterstreicht die bemerkenswerte Fähigkeit von Gehirnorganoiden, primitive sensorische Strukturen zu erzeugen, die lichtempfindlich sind und Zelltypen beherbergen, die denen im Körper ähneln.“ sagte Neurowissenschaftler Jay Gopalakrishnan vom Universitätsklinikum Düsseldorf in Deutschland in der Erklärung 2021.
„Diese Organellen können dabei helfen, die Wechselwirkungen zwischen Gehirn und Auge während der fötalen Entwicklung zu untersuchen, angeborene Netzhauterkrankungen zu modellieren und patientenspezifische Netzhautzelltypen zum Testen personalisierter Medikamente und Transplantationstherapien zu erzeugen.“
Gehirnorganoide sind keine echten Gehirne, wie Sie vielleicht denken. Sie sind winzige, dreidimensionale Strukturen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtet werden – Zellen, die erwachsenen Menschen entnommen und zu Stammzellen rekonstruiert wurden, die das Potenzial haben, in viele verschiedene Arten von Geweben hineinzuwachsen.
In diesem Fall werden diese Stammzellen dazu gebracht, zu Klumpen von Gehirngewebe zu wachsen, ohne dass irgendetwas an Gedanken, Emotionen oder Gefühle erinnert Bewusstsein. Diese „Mini-Gehirne“ werden für Forschungszwecke verwendet, bei denen die Verwendung echter lebender Gehirne unmöglich oder zumindest ethisch schwierig wäre – zum Beispiel zum Testen von Medikamentenreaktionen oder zum Überwachen der Zellentwicklung unter bestimmten ungünstigen Bedingungen.
Diesmal machten sich Gopalakrishnan und seine Kollegen daran, die Evolution des Auges zu beobachten.
In früheren Forschungen verwendeten andere Wissenschaftler embryonale Stammzellen, um Augenmuscheln zu züchten, die Strukturen, zu denen sie sich entwickeln Fast die ganze Welt für das Auge während der Embryonalentwicklung. Andere Forschungen haben optische kelchartige Strukturen aus induzierten pluripotenten Stammzellen entwickelt.
Anstatt diese Strukturen direkt zu züchten, wollte das Team von Gopalakrishnan sehen, ob sie als integrierter Bestandteil von Gehirnorganoiden gezüchtet werden könnten. Dies würde den Vorteil hinzufügen, zu sehen, wie die beiden Gewebetypen zusammenwachsen könnten, anstatt einfach visuelle Strukturen isoliert wachsen zu lassen.
„Die Entwicklung des Auges ist ein komplexer Prozess, und sein Verständnis könnte eine Stärkung der molekularen Basis für frühe Netzhauterkrankungen ermöglichen“, sagten die Forscher. schrieben in ihre Zeitung.
„Daher ist es von großer Bedeutung, die Augenbläschen zu untersuchen, die die Rudimente des Auges sind, deren proximales Ende mit dem Vorderhirn verbunden ist, und die für die richtige Bildung des Auges unerlässlich sind.“
Frühere Arbeiten zur Entwicklung von Organellen zeigten Hinweise auf Netzhautzellen, aber diese entwickelten keine visuellen Strukturen, sodass das Team seine Protokolle änderte.
Sie versuchten nicht, die Entwicklung reiner Neuronen in den frühen Stadien der neuronalen Differenzierung und die Zugabe von Retinolacetat zum Kulturmedium als Hilfsmittel bei der Augenentwicklung zu erzwingen.
Die Gehirne der sorgfältig gepflegten Säuglinge bildeten bereits nach 30 Tagen der Entwicklung Sehmuscheln, wobei die Strukturen nach 50 Tagen deutlich sichtbar waren. Dies entspricht Zeitpunkt der Augenentwicklung beim menschlichen Fötuswas bedeutet, dass diese Organellen nützlich sein können, um die Feinheiten dieses Prozesses zu untersuchen.
Es gibt auch andere Auswirkungen. Die Sehbecher enthielten verschiedene Arten von Netzhautzellen, die in neuralen Netzwerken organisiert waren, die auf Licht reagierten, und enthielten sogar Linsen- und Hornhautgewebe. Schließlich zeigten die Strukturen eine Netzwerkverbindung zu Bereichen des Gehirngewebes.
„Im Gehirn von Säugetieren kommunizieren Nervenfasern von retinalen Ganglienzellen, um mit ihren Gehirnzielen zu kommunizieren, ein Aspekt, der zuvor in einem In-vitro-System nicht gezeigt wurde“, sagte Gopalakrishnan.
Es ist reproduzierbar. Von den 314 Mitgliedern des Brain-grown-Teams entwickelten 73 Prozent optische Tassen. Das Team hofft, Strategien zu entwickeln, um diese Strukturen über längere Zeiträume lebensfähig zu halten, sagten die Forscher, für eine eingehendere Forschung mit enormem Potenzial.
Sehvesikel enthaltende Gehirn-Organoide, die hochspezialisierte Arten von Neuronen aufweisen, können entwickelt werden, was den Weg für die Erzeugung personalisierter Organoide und retinaler Pigmentepithelschichten für die Transplantation ebnet. schrieben in ihre Zeitung.
„Wir glauben es [these] sind Organoide der nächsten Generation, die helfen, Retinopathien zu modellieren, die aus frühen neurologischen Entwicklungsstörungen entstehen. „
Forschung veröffentlicht in Stammzellen.
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im August 2021 veröffentlicht.
