Organoidní model integruje mikroglie pro studium zánětu v mozku

Organoidy revolucionizovaly vědu a medicínu a poskytovaly platformy pro modelování nemocí, testování drog a porozumění vývojovým procesům. Přestože nejsou přesné repliky lidských orgánů, nabízejí významné poznatky.

Skupina Siegert na Institutu vědy a technologie Rakouska (ISTA) představuje nový organoid Model, který odhaluje detaily reakce vyvíjejícího se nervového systému na virové infekce, jako je zarděvka. Tento model by mohl ovlivnit farmaceutické testování, zejména prospěšné bezpečnosti léčiv pro těhotné ženy.

Mikroglie jsou speciální buňky v lidském mozku. Jako pilný strážce, který dohlíží na les a zabývá se zamořením a požáry, Microglia Skenujte mozkové prostředí pro bakterie a zahájte protizánětlivou reakci, aby je odstranila. Sledují také množství neuronů (nervové buňky) a jejich spojení k zajištění optimální funkce mozku v dospělosti.

Sandra Siegert a její výzkumná skupina na Institutu vědy a technologie Rakousko (ISTA) se zaměřují na tyto mikroglie a jejich souhru s neurony během Embryonální vývoj.

Ve své nejnovější publikaci představuje skupina Siegert nový model mozkového organoidu, který poprvé začleňuje mikroglie pro napodobení zánětlivých reakcí a jejich léčby. Výsledky jsou Publikováno v Journal of Neuroinflamation.

Zarděnky

Malé svědivé červené tečky, které se šíří z obličeje po celém těle, jsou běžným zážitkem pro rodiče s dětmi trpícími zarděnkou.

Pro děti i dospělé je infekce mírná; Pokud se však v těhotenství uzavírá, může to mít vážné důsledky. Runella je klasifikována do tzv. „Infekcí pochodně“ (toxoplazmóza, ostatní, zarděnky, cytomegalovirus, herpes simplex), které lze přenášet z těhotné osoby na vyvíjející se plod, což způsobuje malformace fetálního mozku a tím zvyšuje riziko schizofrenia v adulthoodu.

Pochopení toho, jak takové virové infekce ovlivňují vývoj lidského mozku, je zásadní. Ph.D. Studentka Verena Schmied se společně s profesorkou Sandře Siegertovou a její výzkumnou skupinou v ISTA rozhodly odhalit některé odpovědi. Organoidy sítnice-jeden z prvních zavedených modelů specifických pro mozek se známými vývojovými trajektoriemi a buněčnou architekturou-se propojují jako velmi užitečné.

3D struktury, které napodobují lidský mozek

Chcete -li získat organoid, začnete například s kožními buňkami od člověka. Tyto buňky jsou poté přeprogramovány nebo „nastaveny zpět do továrního nastavení“, aby získaly všestranné pluripotentní kmenové buňky-pluripotentní kmenové buňky indukované člověkem (HIPSC). Za správných okolností se HIPSC mohou vyvinout v jakýkoli jiný typ buňky. Se zvláštními růstovými faktory, živinami a omezeními prostředí se HIPSC seskupí dohromady a samoorganizují se do zralých sítnicových organoidů v Petriho misce.

„Organoidy sítnice nám umožňují rekapitulovat důležité kroky raného vývoje mozku plodu,“ říká Schmied.

Aby se učinily přesná prohlášení, musí se tyto organoidy velmi podobat skutečné věci. Nedávné modely organoidních modelů mozků a testování Virové infekce Během vývoje mozku však nezahrnovaly mikroglie, které jsou obvykle přítomny z velmi raných vývojových fází.

Pro změnu této představy vědci přidali mikroglie do organoidů sítnice a k ověření jejich úspěšné integrace použili fluorescenční barvy a mikroskopy.

Mezi modrově zbarvenými neurony byla jemná těla mikroglie prominentně viditelná v jasně růžové. Krásný okamžik pro Siegerta, který si vzpomíná: „Vidění organoidu plného integrovaných mikroglie a jak se distribuují, bylo opravdu pozoruhodné.“

Co se stane po virové infekci?

Vědci pak zkoumali, jak jejich organoidy působily na virovou infekci. „Napodobovali jsme virovou infekci syntetickou molekulou, která je rozpoznána jako virová složka a porovnávala organoidy s mikroglií a bez ní,“ pokračuje Schmied.

Virová infekce rozptyluje vlastnosti mikroglie, což způsobuje, že tuto infekci řeší indukcí zánětlivá odpověď. Posun má za následek přebytek dělících neuronů, které by mohly narušit správnou sestavu neuronálního obvodu, což nakonec způsobuje neurodevelopmentální defekty.

„Přítomnost mikroglia replikuje pozorované vlastnosti v zánětlivém stavu a skutečně představuje negativní důsledky na nervový systém. Tento negativní účinek by nebyl vidět, kdy bychom v systému neměli mikroglie,“ vysvětluje Siegert.

Ibuprofen a dilema „mimo označení“ během těhotenství

Ačkoli je možné předcházet vakcínou, neexistuje žádná specifická antivirová léčba za krádež jiná než protizánětlivá léčiva, jako je ibuprofen. Abychom viděli, jak ibuprofen ovlivňuje vyvíjející se mozek, vědci podávali organoidy infikovaným virem.

Po podání ibuprofenu byly sníženy změny zprostředkované zánětlivé a normální neuronální prostředí bylo obnoveno. Stalo se to pouze v přítomnosti mikroglie, což naznačuje, že ibuprofen vyvíjí své ochranné účinky během embryonálního vývoje inhibicí dvou zánětlivých enzymů – Cox 1 a Cox 2 – které COX 1 je specifické pro mikroglie.

„Náš článek ukazuje, že je důležité mít mikroglia mozkové organoidní modely, které napodobují zánětlivé reakce a jejich léčbu. Pokud chybí mikroglie, mohou být účinky dohlíženy,“ shrnuje Siegert.

Skutečnost, která je velmi důležitá ve světle nedávného vývoje mozkových organoidních modelů a HIPSC se používají pro testování a výzkum léků: Tyto modely musí být co nejrealističtější a jak je nyní ukázáno, vyžaduje to mikroglia.

Nový model skupiny Siegert by mohl sloužit jako platforma pro další vyšetřování, což by mohlo mít prospěch nastávající matky. Zatímco běžně používané léky proti bolesti, jako je ibuprofen nebo paracetamol, jsou považovány za bezpečné pro dospělé, nebyly u těhotných žen testovány.

Existuje mnoho důvodůvčetně etických obav, důsledků nákladů a právních rizik. Nejistoty, které je doprovázejí, často vedou k „použití“.