תקציר: חוקרים חידשו שיטה לייצור מיני מוחות שגדלו במעבדה, הידועים כאורגנואידים של המוח האנושי, נקיים מתאי בעלי חיים, ומבטיחים מחקר וטיפול מדויקים יותר במצבים ניווניים נוירו-דגנרטיביים.
בעבר, אורגנואידים במוח גודלו באמצעות חומר שמקורו בסרקומות של עכברים בשם Matrigel, מה שהוביל לחוסר עקביות בשל הרכבו והשונות הלא מוגדרים שלו.
השיטה החדשה משתמשת במטריצה חוץ-תאית מהונדסת ללא מרכיבים בעלי חיים, ומשפרת את הנוירוגנזה של אורגנואידים במוח.
פריצת דרך זו מאפשרת שכפול מדויק יותר של מצבי מוח אנושיים ויכולה לפתוח דלתות לטיפול מותאם אישית במחלות ניווניות עצביות כגון ALS ואלצהיימר.
שיטה זו סובלת מחסרונות משמעותיים, עם הרכב לא מוגדר יחסית ושונות בין אצווה לאצווה. Credit: Neuroscience News
עובדות מפתח:
אורגני המוח החדשים גדלים באמצעות מטריצה חוץ-תאית מהונדסת ללא רכיבים של בעלי חיים, ומתגברים על בעיות השונות של השיטה הקודמת.
האורגנואידים שגדלו במעבדה באמצעות שיטה חדשה זו הראו נוירוגנזה משופרת בהשוואה למחקרים קודמים.
שיטה זו מאפשרת פוטנציאל לתכנות מחדש עם תאים של חולים הסובלים ממחלות ניווניות, וסוללת את הדרך לטיפולים מותאמים אישית.
מקור: אוניברסיטת מישיגן
חוקרים מאוניברסיטת מישיגן פיתחו שיטה לייצור מוחות מיניאטוריים שגדלו באופן מלאכותי - הנקראים אורגנואידים של המוח האנושי - נקיים מתאי בעלי חיים שיכולים לשפר מאוד את הדרך שבה חוקרים ובסופו של דבר מטפלים במצבים נוירודגנרטיביים.
רקמות תלת-ממד בהרכבה עצמית אלו, המופקים מתאי גזע עובריים או פלוריפוטנטיים, מדגמים מקרוב יותר את מבנה המוח המורכב בהשוואה לתרבויות דו-ממדיות קונבנציונליות.
עד כה, הרשת המהונדסת של חלבונים ומולקולות שנותנות מבנה לתאים באורגנואידים במוח, המכונה מטריצות חוץ-תאיות, השתמשה לעתים קרובות בחומר שמקורו בסרקומות של עכברים בשם Matrigel.
שיטה זו סובלת מחסרונות משמעותיים, עם הרכב לא מוגדר יחסית ושונות אצווה לאצווה.
המחקר האחרון של UM, שפורסם ב- Annals of Clinical and Translational Neurology , מציע פתרון להתגבר על החולשות של מטריגל.
החוקרים יצרו שיטת תרבית חדשה המשתמשת במטריצה חוץ-תאית מהונדסת עבור אורגנואידים במוח האנושי - ללא נוכחות של רכיבים של בעלי חיים - ושיפרה את הנוירוגנזה של אורגנואידים במוח בהשוואה למחקרים קודמים.
"התקדמות זו בפיתוח אורגנואידים במוח האנושי ללא רכיבים של בעלי חיים תאפשר התקדמות משמעותית בהבנת הביולוגיה הנוירו-התפתחותית", אמרJoerg Lahann, Ph.D., מנהל UM Biointerfaces Institute וWolfgang Pauli Collegiate , פרופסור להנדסה כימית ב-UM. "מדענים נאבקו זמן רב לתרגם מחקרים בבעלי חיים לעולם הקליני, ושיטה חדשנית זו תקל על מחקר תרגום לפלס את דרכו מהמעבדה למרפאה".
המטריצות החוץ-תאיות הבסיסיות של אורגני המוח של צוות המחקר היו מורכבות מפיברונקטין אנושי, חלבון המשמש כמבנה מקורי לתאי גזע להיצמדות, התמיינות והתבגרות. הם נתמכו על ידי פיגום פולימרי נקבובי במיוחד.
האורגנואידים תורבו במשך חודשים, בעוד שצוות המעבדה לא הצליח להיכנס לבניין עקב מגיפת COVID 19.
באמצעות פרוטאומיקה, חוקרים גילו שאורגני המוח שלהם פיתחו נוזל עמוד שדרה, נוזל שקוף שזורם סביב מוח בריא וחוטי עמוד שדרה. נוזל זה התאים יותר ל-CSF בוגר אנושי בהשוואה למחקר ציון דרך של אורגנואידים במוח אנושי שפותח ב- Matrigel.
"כשהמוח שלנו מתפתח באופן טבעי ברחם, הם כמובן לא גדלים על מצע של מטריצה חוץ-תאית המיוצר על ידי תאי סרטן עכברים", אמרה הסופרת הראשונה Ayşe Muñiz, Ph.D., שהייתה סטודנטית לתואר שני ב-UM Macromolecular Science. ותוכנית הנדסה בזמן העבודה. "על ידי הצבת תאים בנישה מהונדסת הדומה יותר לסביבה הטבעית שלהם, נחזה שנבחין בהבדלים בהתפתחות האורגנואידית המחקה בצורה נאמנה יותר את מה שאנו רואים בטבע."
ההצלחה של אורגנואידים מוח אנושיים נטולי קסנוגני פותחת את הדלת לתכנות מחדש עם תאים מחולים עם מחלות ניווניות, אומרת שותפה לכותבת אווה פלדמן, MD, Ph.D., מנהלת מרכז המצוינות של ALS ב-UM וג'יימס וו. אלברס פרופסור מכובד לנוירולוגיה בבית הספר לרפואה של UM.
"יש אפשרות לקחת את תאי הגזע ממטופל עם מצב כמו ALS או אלצהיימר, ובעצם, לבנות מוח מיני אווטאר של אותם חולים כדי לחקור טיפולים אפשריים או להדגים כיצד המחלה שלהם תתקדם", אמר פלדמן.
"המודלים הללו ייצרו דרך נוספת לחזות מחלה וללמוד טיפול ברמה מותאמת אישית עבור מצבים שלעתים קרובות משתנים מאוד מאדם לאדם."
מחברים נוספים כוללים את
Tuğba Topal, Ph.D., Michael D. Brooks, Ph.D., Angela Sze, Do Hoon Kim, Jacob Jordahl, Ph.D., Joe Nguyen, Ph.D., Paul H. Krebsbach, D.D.S., Ph.D., Masha G. Savelieff, all of University of Michigan.
A.J.M. is funded by the National Science Foundation with grant no. DGE 1256260. E.L.F. thanks the Robert and Katherine Jacobs Health Environmental Initiative Fund, the Andrea and Lawrence A. Wolfe Brain Health Initiative Fund, Robert E.