Разработка переключателя полярности ГАМК и нейрональной пластичности в нейронных органоидах, полученных биотехнологическим путем

Впервые ученые из UMG и Кластера передового опыта «Multiscale Bioimaging» (MBExC), а также из Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE) смогли создать нейронные сети с функциями человеческого мозга из индуцированного человеком плюрипотентного ствола. клетки. Ткани, известные как биоинженерные нейрональные органоиды (BENO), демонстрируют морфологические свойства человеческого мозга. Они также развивают функции, важные для развития функций обучения и памяти. Опубликовано в Nature Communications.

Источник: Медицинский центр Геттингенского университета: изображения Zafeiriou et al. (2020) Переключатель полярности ГАМК и пластичность нейронов в биоинженерных нейрональных органоидах. Нац Коммуна, 11, 3791.

Слева: изображение «Биоинженерный нейрональный органоид» (BENO), полученный согласно одному из Zafeiriou et al. опубликованная процедура; Формирование структуры нейронной сети показано по окраске нейронных маркерных белков (белок 2, связанный с микротрубочками; синий) и нейрофиламента (зеленый), а также глиальных клеток (глиальный фибриллярный кислый белок; красный). Масштаб: 0,5 мм. Справа: увеличение структуры нейронной сети в BENO. После того, как белок нейрофиламента окрашен, аксоны нейронов показаны зеленым цветом, активирующие глутаматергические нейроны - красным, а ядра клеток - синим.

Органоиды мозга - многообещающие инструменты для моделирования болезней и разработки лекарств. Для правильного формирования нейронной сети возбуждающие и тормозящие нейроны и глиальные клетки должны развиваться вместе. Здесь мы сообщаем о направленной самоорганизации индуцированных человеком плюрипотентных органоидов ствола мозга. Органоиды мозга - многообещающие инструменты для моделирования болезней и разработки лекарств. Для правильного формирования нейронной сети должны развиваться как возбуждающие, так и тормозящие нейроны и глиальные клетки. Здесь мы сообщаем о направленной самоорганизации индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток в гидрогеле коллагена в направлении высокосетевой нейронной сети в формате макроскопической ткани. Биотехнологически сконструированные нейронные органоиды (BENO) состоят из взаимосвязанных возбуждающих и тормозных нейронов с поддерживающими астроцитами и олигодендроцитами. События гигантского деполяризующего потенциала (GDP), наблюдаемые в ранних культурах BENO, имитируют раннюю сетевую активность мозга плода. Наблюдаемое изменение полярности ГАМК и снижение GDP через> 40 дней BENO указывают на прогрессирующее созревание нейронной сети. BENO демонстрируют ускоренное развитие сложных сетевых всплесков через два месяца и признаки долгосрочного потенцирования. Сходство структурных и функциональных свойств со свойствами головного мозга плода может позволить использовать BENO в исследованиях нейропластичности и моделирования заболеваний. Клетки в гидрогеле коллагена в тесно взаимосвязанную нейронную сеть в формате ткани на макроуровне. Биотехнологически сконструированные нейронные органоиды (BENO) состоят из взаимосвязанных возбуждающих и тормозных нейронов с поддерживающими астроцитами и олигодендроцитами. События гигантского деполяризующего потенциала (GDP), наблюдаемые в ранних культурах BENO, имитируют раннюю сетевую активность мозга плода. Наблюдаемое изменение полярности ГАМК и снижение GDP через> 40 дней BENO указывают на прогрессирующее созревание нейронной сети. BENO демонстрируют ускоренное развитие сложных сетевых всплесков через два месяца и признаки долгосрочного потенцирования. Сходство структурных и функциональных свойств с мозгом плода может позволить использовать BENO в исследованиях нейропластичности и моделирования заболеваний.