Společný potravinový přísada řeší problém s lepkavou neurovědou

Interdisciplinární tým pracující na míčcích lidských neuronů zvaných organoidy chtěl rozšířit své úsilí a přijmout důležité nové otázky. Řešením bylo všude kolem nich.

Téměř deset let nyní program Stanford Brain Organogenesis v čele revoluční přístup ke studiu mozku: spíše než sondu neporušené mozkové tkáně u lidí a jiných zvířat, pěstují trojrozměrné mozkové tkáně v laboratoři z laboratoře z laboratoře kmenové buňkyVytváření modelů zvaných lidské nervové organoidy a sestavování.

Počínaje rokem 2018 jako velký nápady v projektu Neuroscience projektu Stanford’s Wu Tsai Neurosciences Institute, program spojil neurovědci, chemiky, inženýry a další, aby se řešili nervové obvody zapojené do bolesti, geny, které řídí neurodevelopmentální poruchy, Nové způsoby studia mozkových obvodůA další.

Přesto je jeden problém pronásledoval: měřítko. Pokud by vědci mohli produkovat tisíce organoidů najednou s jednotnou velikostí a tvarem, mohli se dozvědět více o Vývoj mozku a vývojové poruchy a efektivněji testují nové léky a genové terapie.

Problém je v tom, že nervové organoidy mají zvyk držet se navzájem, což ztěžuje růst velkých šarží s konzistentní velikostí a tvarem.

Nyní tým neurovědců a inženýrů vedený Wu Tsai Neuro přidruhuje Sergiu Pasca, Kenneth T. Norris, profesor psychiatrie a behaviorálních věd ve škole, ve škole inženýrství. Jak hlásili ve své studii Publikováno 27. června Biomedicínské inženýrství přírodyStačilo, aby se zabránilo, aby se organoidy držely pohromadě, byla Xanthanová guma, běžná potravinář.

„Nyní z nich můžeme snadno vyrobit 10 000,“ řekla Pasca, Bonnie Uytengsu a rodinná ředitelka programu Stanford Brain Organogenesis. V souladu se závazkem programu zpřístupnit jejich techniky sdílel jejich přístup Takže jiní to mohou využít. „To, stejně jako u všech našich metod, je otevřené a volně přístupné. Již existuje mnoho laboratoří, které tuto techniku implementovaly.“

Takže jen málokdo byste je mohli pojmenovat

Věci nebyly vždy tak snadné. Asi před desítkami let si PASCA právě vyvinula metodu pro Transformace kmenových buněk do trojrozměrných tkání nyní známý jako regionalizované nervové organoidy a dokázal jen vytvořit několik z těchto raných kultur.

„V prvních dnech jsem měl osm nebo devět z nich a pojmenoval jsem každou z nich po mytologických tvorech,“ řekla Pasca.

PASCA však chtěla získat dobrou zvláštnost vývoje mozku – konkrétně to, co se stane během vývoje, které vede k poruchám, jako je autismus nebo Timothy syndrom – a řešit další myšlenky, jako je screening léků na potenciální vedlejší účinky na vývoj mozku. K tomu řekl: „Museli jsme vyrobit tisíce organoidů a všichni by měli být stejní.“

Uvědomil si také, že bude muset zapojit širokou škálu vědců. „Myslel jsem si,“ je to rozvíjející se pole a existuje spousta problémů, kterým budeme čelit, a způsob, jakým jim budeme čelit a řešit je, je implementací inovativních technologií, „řekl Pasca.

Aby se PASCA posunula vpřed, spojila se s přidruženou společností Wu Tsai Neuro Karl Deisseroth, bioinženýrkou a neurovědci, a spojil interdisciplinární tým, který zahájil program Stanford Brain Organogenesis s podporou velkých nápadů Wu Tsai Neuro v neurovědě.

Nepřirozené 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 20, “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. Opravdu jsou tyto sestavové klíčová část práce Pasca 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 každý organoid V samostatné misce, 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 bylo možné, aby naše metody mohli snadno přijmout jiní 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.

Nakonec se rozšiřuje

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: „Jeden jediný experimentátor produkoval 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.“