Створен је први људски мини-мозак са функционалном крвно-можданом баријером

Ново истраживање тима који предводе стручњаци из Дечје болнице у Синсинатију довело је до стварања првог људског мини-мозга на свету са потпуно функционалном крвно-можданом баријером (КМБ).

Овај значајан пробој, објављен у часопису Cell Stem Cell, обећава да ће убрзати разумевање и побољшати третмане за широк спектар болести мозга, укључујући мождани удар, цереброваскуларне болести, рак мозга, Алцхајмерову болест, Хантингтонову болест, Паркинсонову болест и друга неуродегенеративна стања.

„Недостатак аутентичног модела људског КББ био је главна препрека у проучавању неуролошких болести“, рекао је водећи аутор студије др Зијуан Гуо.

„Наш пробој укључује генерисање органоида људске КМБ из људских плурипотентних матичних ћелија, опонашајући људски неуроваскуларни развој како би се створила тачна репрезентација баријере у растућем, функционалном можданом ткиву. Ово је важан напредак јер животињски модели које тренутно користимо не одражавају тачно развој људског мозга и функционалност КМБ.“

Шта је крвно-мождана баријера?

За разлику од остатка нашег тела, крвни судови у мозгу имају додатни слој чврсто збијених ћелија које оштро ограничавају величину молекула који могу да прођу из крвотока у централни нервни систем (ЦНС).

Правилно функционишућа баријера одржава мозак здравим тако што спречава улазак штетних супстанци, а истовремено омогућава виталним хранљивим материјама да доспеју до мозга. Међутим, иста ова баријера такође спречава улазак многих потенцијално корисних лекова у мозак. Поред тога, неколико неуролошких поремећаја настаје или се погоршава када се крвно-мозгаста баритонеална...

Значајне разлике између људског и животињског мозга довеле су до тога да многи обећавајући нови лекови развијени коришћењем животињских модела касније не испуњавају очекивања када се тестирају на људима.

„Сада смо, кроз биоинжењеринг матичних ћелија, развили иновативну платформу засновану на људским матичним ћелијама која нам омогућава да проучавамо сложене механизме који управљају функцијом и дисфункцијом КМБ. Ово пружа невиђене могућности за откривање лекова и терапијске интервенције“, каже Гуо.

Превазилажење дугогодишњег проблема

Истраживачки тимови широм света се такмиче у развоју можданих органоида — сићушних, растућих тродимензионалних структура које имитирају ране фазе формирања мозга. За разлику од ћелија узгајаних у равној лабораторијској посуди, органоидне ћелије су повезане једна са другом. Оне се самоорганизују у сферне облике и „разговарају“ једна са другом, баш као што то раде људске ћелије током ембрионалног развоја.

Дечја болница у Синсинатију је била лидер у развоју других врста органоида, укључујући прве функционалне органоиде црева, желуца и једњака на свету. Али до сада, ниједан истраживачки центар није успео да створи органоид мозга који садржи посебан баријерни слој који се налази у крвним судовима људског мозга.

Зовемо их новим моделима „БББ асемблоиди“

Истраживачки тим је назвао свој нови модел „BBB асемблоиди“. Њихово име одражава достигнуће које је омогућило овај пробој. Ови асемблоиди комбинују две различите врсте органоида: органоиде мозга, који реплицирају људско мождано ткиво, и органоиде крвних судова, који имитирају васкуларне структуре.

Процес комбиновања је почео са органоидима мозга пречника 3-4 милиметра и органоидима крвних судова пречника око 1 милиметар. Током око месец дана, ове одвојене структуре су се спојиле у једну сферу пречника нешто више од 4 милиметра (око 1/8 инча, или отприлике величине семена сусама).

Опис слике: Процес спајања две врсте органоида да би се створио органоид људског мозга који укључује крвно-мождану баријеру. Извор: Синсинати Чилдрен'с и ћелијске матичне ћелије.

Ови интегрисани органоиди рекреирају многе сложене неуроваскуларне интеракције које се виде у људском мозгу, али нису комплетни модели мозга. На пример, ткиво не садржи имуне ћелије и нема везе са остатком нервног система тела.

Истраживачки тимови Дечје болнице у Синсинатију постигли су и друге напредке у спајању и слојевитости органоида из различитих типова ћелија како би створили сложеније „органоиде следеће генерације“. Ови напредци су помогли у информисању новог рада на стварању органоида мозга.

Важно је напоменути да се склопови крвно-мождане баријере могу узгајати коришћењем неуротипичних људских матичних ћелија или матичних ћелија људи са одређеним болестима мозга, што одражава генске варијанте и друга стања која могу довести до оштећене функције крвно-мождане баријере.

Почетни доказ концепта

Да би демонстрирали потенцијалну корисност нових асемблоида, истраживачки тим је користио линију матичних ћелија добијених од пацијената како би створио асемблоиде који су прецизно репродуковали кључне карактеристике ретког стања мозга названог церебрална кавернозна малформација.

Овај генетски поремећај, који карактерише нарушавање интегритета крвно-мождане баријере, доводи до кластера абнормалних крвних судова у мозгу који често по изгледу подсећају на малине. Поремећај значајно повећава ризик од можданог удара.

„Наш модел је прецизно рекапитулирао фенотип болести, пружајући нове увиде у молекуларну и ћелијску патологију цереброваскуларних болести“, каже Гуо.

Потенцијалне примене

Коаутори виде разне потенцијалне примене за БББ склопове:

• Персонализовани скрининг лекова: Склопови КББ изведени од пацијента могу послужити као аватари за прилагођавање терапије пацијентима на основу њихових јединствених генетских и молекуларних профила.
• Моделирање болести: За бројне неуроваскуларне поремећаје, укључујући ретка и генетски сложена стања, недостају добри моделни системи за истраживање. Успех у стварању КМБ склопова могао би убрзати развој модела људског можданог ткива за шири спектар стања.
• Откривање лекова високог протока: Повећање производње асемблоида могло би омогућити прецизнију и бржу анализу да ли потенцијални лекови за мозак могу ефикасно да пређу КМБ.
• Тестирање токсина из животне средине: Често засновани на системима животињских модела, БББ склопови могу помоћи у процени токсичних ефеката загађивача животне средине, фармацеутских производа и других хемијских једињења.
• Развој имунотерапије: Истраживањем улоге КМБ у неуроинфламаторним и неуродегенеративним болестима, нови склопови могу подржати испоруку имуних терапија мозгу.
• Биоинжењеринг и истраживање биоматеријала: Биомедицински инжењери и научници за материјале могу искористити доступност лабораторијског BBB модела за тестирање нових биоматеријала, возила за испоруку лекова и стратегија ткивног инжењерства.

„Све у свему, склопови БББ представљају револуционарну технологију са широким импликацијама за неуронауку, откривање лекова и персонализовану медицину“, каже Гуо.