Modele organoidów mózgowych przedstawiające zakażenia wirusowe oferują wgląd w rozwój ludzkiego mózgu
Choć badanie organizmów modelowych, takich jak myszy, dostarczyło badaczom cennych danych na temat zasad leżących u podstaw rozwoju ludzkiego mózgu, niektóre mechanizmy zdają się być unikalne dla naszego gatunku. W finansowanym przez UE projekcie Spindle Brain Organoid wykorzystano organoidy mózgowe (trójwymiarowe struktury organiczne obejmujące ludzkie nerwowe komórki macierzyste oraz neurony), aby zbadać rozwój mózgu. W procesie użyto modeli organoidów, aby zbadać zakażenia wirusowe w mózgu, analizując, w jaki sposób wirusy mogą atakować ludzkie nerwowe komórki macierzyste, tym samym uniemożliwiając im wytwarzanie neuronów. Wyniki projektu pomogą wyjaśnić, w jaki sposób zakażenia wirusowe mogą uszkadzać mózg płodu oraz dlaczego są one szczególnie niebezpieczne w okresie ciąży. Dzięki tym modelom infekcji możliwe jest lepsze zrozumienie, w jaki sposób wirusy rozprzestrzeniają się w mózgu, a także opracowanie strategii ograniczenia zakażeń i wsparcie prac nad projektem selektywnych terapii antywirusowych. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Neurogeneza na talerzu
Technika modelowania trójwymiarowych organoidów mózgowych in vitro, opracowana w laboratorium Knoblich będącym gospodarzem projektu, umożliwia replikację niektórych mechanizmów ludzkiej neurogenezy. Obejmuje to ścieżki różnicowania, dzięki którym pluripotencjalne komórki macierzyste zaczynają się specjalizować. Nerwowe komórki macierzyste pojawiają się już na wczesnym etapie rozwoju i pozostają w organizmie przez kilka cykli podziału komórkowego, tworząc wszystkie neurony w mózgu. Co niezmiernie ważne, organoidy mózgowe stanowią nie tylko istotne źródło ludzkich nerwowych komórek macierzystych i neuronów, ale też powielają organizację przestrzenną komórek występującą w rozwijającym się mózgu. Dzięki temu badacze uzyskują potężny model ludzkiego mózgu. „Technika ta jest również podatna na manipulację eksperymentalną i edycję ludzkich genów, dzięki czemu można ją wykorzystać do testów funkcjonalnych ról, jakie ludzkie geny (w tym wady genetyczne) odgrywają w procesie neurogenezy”, dodaje Veronica Krenn, badaczka z projektu.
Wprowadzenie ładunków wirusowych
Badacze, kierując się odkryciem tego, że wirus Zika może atakować ludzkie nerwowe komórki macierzyste i zmieniać ich zachowanie w trakcie neurogenezy, powodując u noworodków mikrocefalię (małogłowie), wprowadzili wirusy do modeli organoidów mózgowych, aby monitorować ich wpływ. W odniesieniu do zakażonych organoidów oraz niezakażonej próby kontrolnej zastosowano analizę immunohistochemiczną, aby ustalić, gdzie znajdowały się komórki macierzyste, które komórki zostały zakażone oraz jaki wpływ wywarła na nie infekcja – na przykład, czy zostały zabite w jej trakcie. Zespół przetestował zdolność wirusów, w tym wirusa Zika, do zakażania organoidów i atakowania nerwowych komórek macierzystych, jak również wpływ takich zakażeń na długość życia i zachowanie nerwowych komórek macierzystych oraz na rozwój organoidów. Ponadto naukowcy zbadali mechanizmy przeciwwirusowe, które przyjęły nerwowe komórki macierzyste, aby zwalczyć infekcję. „Modele te można wykorzystać, aby zbadać różne zakażenia i określić strategie ograniczania rozprzestrzeniania się wirusa, a tym samym zmniejszyć zakres uszkodzeń neurologicznych powodowanych przez infekcje”, stwierdza Krenn. „Dalsze testy z wykorzystaniem naszych modeli in vitro mogłyby pomóc w odkryciu nowych leków przeciwwirusowych, które zapobiegłyby powikłaniom neurologicznym związanym z takimi zakażeniami”. Kolejnym krokiem będzie wykorzystanie platform różnych zakażeń w celu opracowania metod leczenia właściwych dla danego wirusa. Pomogłyby one zwalczać infekcje i ograniczać uszkodzenia mózgu.
Słowa kluczowe
Spindle Brain Organoid, nerwowe komórki macierzyste, mózg, wirus Zika, wirus, neurologiczny, terapie lekowe, analiza immunohistochemiczna, organoidy, neurogeneza, zakażenie
