Aditiv potravy umožnil hromadnou výrobu mozkových organoidů. Vědci mohou nyní studovat vývoj a nemoc v měřítku.
Mezi disciplinární skupina vědců Wu Tsai Neuro pracujících se shluky lidských neuronů známých jako organoidy, jejichž cílem bylo rozšířit svou práci a sledovat větší vědecké otázky. Řešením bylo všude kolem nich.
Téměř deset let program Stanford Brain Organogenesis postoupil transformativní způsob, jak studovat mozek. Místo toho, aby se spoléhal na neporušenou mozkovou tkáň z lidí nebo zvířat, tým pěstuje trojrozměrné mozkové struktury v laboratoři pomocí kmenových buněk a vytváří modely označované jako lidské nervové organoidy a sestavování.
Program United Neuroscientists, Chemists, Inženýři a další odborníci, kteří byli zahájeni v roce 2018 jako součást velkých nápadů Wu Tsai Neurosciences Institute v oblasti neurovědy a inovativní metody pro zkoumání mozkových obvodů.
Jedna trvalá výzva má však omezený pokrok: měřítko. Aby získali hlubší vhled do vývoje mozku, odhalte kořeny vývojových poruch a efektivně testují nové terapie, potřebují vědci schopnost generovat tisíce organoidů současně, z nichž každá má konzistentní velikost a tvar.
Řešení problému lepivosti
Obtížnost spočívá v tendenci nervových organoidů se shlukovat dohromady, což vědcům brání v produkci velkého počtu s jednotnou velikostí a tvarem.
Abychom to vyřešili, skupina neurovědců a inženýrů vedená Wu Tsai Neuro přidružela Sergiu Pasca, Kenneth T. Norris, profesor psychiatrie a behaviorálních věd ve škole, a Sarah Heilshorn, Rickey/Nielsen profesor, profesor Rickey/Nielsen, profesor Rickey/Nielsen, profesor Rickey/Nielsen. Jak je popsáno v jejich 27. červnu Biomedicínské inženýrství přírodyKlíčem byla Xanthanová guma, široce používaná potravinářský přísada, která udržovala organoidy oddělené.
„Nyní z nich můžeme snadno vyrobit 10 000,“ řekla Pasca, Bonnie Uytengsu a rodinný ředitel programu Stanford Brain Organogenesis. V souladu se závazkem programu zpřístupnit své techniky již k dispozici, již sdíleli svůj přístup, aby ho mohli ostatní využít. „Toto, stejně jako u všech našich metod, je otevřené a volně přístupné. Již existuje mnoho laboratoří, které tuto techniku implementovaly.“
První dny studií mozkových organoidů
Cesta k rozšiřování nebyla vždy jednoduchá. Asi a před desítkami letPASCA právě vytvořila metodu pro přeměnu kmenových buněk na trojrozměrné mozkové tkáně, nyní nazývané regionalizované nervové organoidy. V té době mohl vyrobit jen malou hrst těchto raných modelů.
„V prvních dnech jsem měl osm nebo devět z nich a pojmenoval jsem každou z nich po mytologických tvorech,“ vzpomněla si Pasca.
Konečným cílem Pasca však bylo získat hlubší vhled do toho, jak se mozek vyvíjí – zejména procesy, které mohou vést k podmínkám, jako je autismus nebo Timothy Syndrom. Také se zajímal o použití organoidů k testování potenciálních vedlejších účinků léků na vývoj mozku. Aby se tyto otázky vypořádal, vysvětlil: „Museli jsme vyrobit tisíce organoidů a všichni by měli být stejní.“
Pochopil, že pokrok bude vyžadovat spolupráci napříč několika disciplínami. „Pomyslel jsem si:“ Je to rozvíjející se pole a existuje spousta problémů, kterým čelíme, a způsob, jakým jim budeme čelit a řešit je, je implementací inovativních technologií, „řekl Pasca.
S ohledem na tuto vizi spolupracoval s přidruženou společností Wu Tsai Neuro Karl Deisseroth, neurovědec a bioinženýrkou, a sestavil široký tým odborníků. Společně s podporou velkých iniciativy Wu Tsai Neuro v neurovědě zahájili program Stanford Brain Organogenesis.
Objevuje se nepřilnavé řešení
Problém s lepkavostí brzy poté vychoval hlavu. Organoidy se spojily společně, což vedlo k menšímu počtu organoidů různých tvarů a velikostí.
„Lidé v laboratoři by neustále říkali:“ Udělal jsem sto organoidů, ale skončil jsem s dvaceti, „řekla Pasca.
To bylo jak požehnání, tak kletba. Na jedné straně to naznačovalo, že vědci by mohli držet dva různé druhy organoidů dohromady – říkat, drobné mozečky a mícha – pro studium vývoje složitějších mozkových struktur. Ve skutečnosti jsou tyto sestavy nyní a Klíčová část práce Pasky a jeho kolegů.
Na druhé straně tým stále musel být schopen vytvářet velké množství organoidů, aby mohl shromažďovat přesné údaje o vývoji mozku, léky na obrazovce pro růstové vady nebo provádět libovolný počet dalších projektů v měřítku.
Jednou z možností by bylo růst každého organoidu v samostatném pokrmu, ale to je často neefektivní. Místo toho laboratoř potřebovala něco, co by organoidy udržovaly od sebe, zatímco je rozšiřovaly v dávkách, takže Pasca pracovala s Heilshornem, spolupracovníkem programu mozkového organogeneze Stanford a materiály, aby vyzkoušela některé možnosti.
Tým se nakonec podíval na 23 různých materiálů s ohledem na zpřístupnění jejich metod ostatním.
„Vybrali jsme materiály, které již byly považovány za biokompatibilní a které by byly relativně ekonomické a jednoduché, aby se naše metody mohli snadno přijmout jinými vědci,“ řekl Heilshorn.
Pro testování každého z nich nejprve pěstovaly organoidy v kapalině bohaté na živiny po dobu šesti dnů a poté přidaly jeden z testovacích materiálů. Po dalších 25 dnech tým jednoduše spočítal, kolik organoidů zůstalo.
Dokonce i v malém množství, Xanthanová guma zabránila organoidům spojovat se společně a to čilo bez jakýchkoli vedlejších účinků na vývoj organoidů. To znamenalo, že vědci by mohli udržet organoidy oddělené, aniž by zaujaly jejich experimentální výsledky.
Škálování testování drog
K prokázání potenciálu této techniky ho tým použil k řešení problému v reálném světě: lékaři často váhají předepisovat potenciálně prospěšné drogy těhotným lidem a dětem, protože nevědí, zda by tyto drogy mohly poškodit mozek. (Ačkoli léky schválené FDA procházejí rozsáhlým testováním, etické obavy znamenají, že obecně nejsou testovány na těhotné lidi nebo děti.)
Abychom ukázali, jak se organoidy zabývají tímto problémem, v době, kdy byl výzkum proveden výzkum, v dávkách v okamžiku, kdy byl výzkum proveden výzkum, v dávkách, navštěvující výzkumný pracovník v laboratoři PASCA v laboratoři PASCA, nejprve v dávkách. Poté Narazaki přidal do každé dávky jedno z 298 léků schválených FDA, aby zjistil, zda by některá z nich mohla způsobit růstové vady. Narazaki úzce spolupracovala s spolu-hlavním autorem Yuki Miura v laboratoři Pasca a ukázala, že několik léků, včetně léčby rakoviny prsu, zakrývalo růst organoidů, což naznačuje, že by mohly být škodlivé pro vývoj mozku.
Tento experiment ukazuje, že vědci by mohli odhalit potenciální vedlejší účinky – a PASCA tak učinit velmi efektivně, řekl: „Jeden jediný experimentátor vytvořil tisíce kortikálních organoidů sám a testoval téměř 300 léčiv.“
Pasca a jeho kolegové z programu Stanford Brain Organogenesis nyní doufají, že použijí svou techniku k pokroku v řadě neuropsychiatrických poruch, jako je autismus, epilepsie a schizofrenie. „Řešení těchto nemocí je opravdu důležitá, ale pokud se nezvýšíte, neexistuje způsob, jak se udělat,“ řekla Pasca. „To je cíl právě teď.“
Reference: “Scalable production of human cortical organoids using a biocompatible polymer” by Genta Narazaki, Yuki Miura, Sergey D. Pavlov, Mayuri Vijay Thete, Julien G. Roth, Merve Avar, Sungchul Shin, Ji-il Kim, Zuzana Hudacova, Sarah C. Heilshorn and Sergiu P. Pașca, 27 June 2025, Biomedicínské inženýrství přírody.
Dva: 10.1038/S41551-025-01427-3
Tato práce byla podporována grantem Big Idea Grant Stanford Brain Organogenesis od Institutu Wu Tsai Neurosciences Institute, USA Národní zdravotní ústavy (MH107800, R01 EB027171 a R01 MH137333), NYSCF Robertson Stem Cell Award Award, Kwan Research Fund, nadace Coates Medicine Fondss, The Stanford Medicine Fondss, Senkut Dean (Chets Science, americké národní vědecké nadace, americké národní vědecké nadace, americké národní vědecké nadace, americké národní vědecké nadace, americké národní vědecké nadace, americké národní vědecké nadace, americké nadace americké národní vědecké nadace, americké nadace Ludwig nadace, nadace Ludwig nadace Chan Zuckerberg Ben Barres Ben Barres Ben Barres Ben Barres Ben Barres. 2033302, DMR 2103812 a DMR 2427971), cena TAA Young Investigator Award, Stanfordský mateřský a dětský výzkumný ústav Postdoctoral Fellowship, Stanford Bio-X vysokoškolský letní výzkumný program a SNSF postdoc.mobility (222016).
Narasaki byl zaměstnancem společnosti Daiichi-Sankyo Co., Ltd, během doby trvání této studie, ale společnost neměla žádný vstup k návrhu experimentů a interpretaci dat. Stanfordská univerzita je držitelem patentu, který pokrývá generování kortikálních organoidů (americký patent 62/477,858), který byl komerčně licencován pro technologie StemCell. PASCA je u tohoto patentu uvedena jako vynálezce. Ostatní autoři prohlašují žádné konkurenční zájmy.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
