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

Ново истраживање тима предвођеног стручњацима из Синсинатија за децу створило је први на свету мини-људски мозак са потпуно функционалном крвно-можданом баријером (БББ).

Овај значајан напредак, објављен у часопису Целл Стем Целл, обећава да ће убрзати разумевање и побољшати третмане за широк спектар можданих болести, укључујући мождани удар, цереброваскуларне болести, рак мозга, Алцхајмерова болест, Хантингтонова болест, Паркинсонова болест и друга неуродегенеративна стања.

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

"Наш пробој укључује стварање људских БББ органоида из људских плурипотентних матичних ћелија, опонашајући људски неуроваскуларни развој како би се створио тачан приказ баријере у растућем, функционалном можданом ткиву. Ово је важан напредак јер животињски модели које тренутно користимо не одражавају тачно развој мозга код људи и функционалност БББ-а."

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 пређу из крвотока у централни нервни систем (ЦНС).

Баријера која правилно функционише подржава здравље мозга тако што спречава улазак штетних супстанци, а истовремено омогућава виталним хранљивим материјама да стигну до мозга. Међутим, ова иста баријера такође спречава многе потенцијално корисне лекове да дођу до мозга. Поред тога, неколико неуролошких поремећаја настаје или се погоршава када се БББ не формира правилно или почне да се распада.

Значајне разлике између људског и животињског мозга довеле су до тога да многи обећавајући нови лекови развијени на животињским моделима касније не успевају како се очекивало у испитивањима на људима.

„Сада, кроз биоинжењеринг матичних ћелија, развили смо иновативну платформу засновану на људским матичним ћелијама која нам омогућава да проучавамо сложене механизме који управљају функцијом и дисфункцијом БББ. Ово пружа могућности без преседана за откривање нових лекова и терапијских интервенција, “, каже Гуо.

Превазилажење дуготрајног проблема

Истраживачки тимови широм света се утркују да развију органоиде мозга — мале, растуће 3Д структуре које опонашају ране фазе формирања мозга. За разлику од ћелија које се узгајају у равној лабораторијској посуди, ћелије органоида су међусобно повезане. Оне се самоорганизују у сферне облике и „комуницирају“ једна са другом, баш као што то раде људске ћелије током ембрионалног развоја.

Цинциннати Цхилдрен'с је био 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 мождани органоид који садржи посебан слој баријере који се налази у крвним судовима људског мозга.

Нове моделе називамо „БББ асамблоиди“

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

Процес комбиновања је почео са органоидима мозга пречника 3-4 милиметра и органоидима крвних судова пречника око 1 милиметар. Током отприлике 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 за стварање органоида људског мозга који укључује крвно-мождану баријеру. Заслуге: Деца и матичне ћелије у Синсинатију.

Ови интегрисани органоиди рекапитулирају многе сложене неуроваскуларне интеракције уочене у људском мозгу, али нису потпуни модели мозга. На пример, ткиво не садржи имуне ћелије и нема везе са остатком нервног система у телу.

Дечји истраживачки тимови у Синсинатију направили су други напредак у спајању и слојевитости органоида из различитих типова ћелија како би створили сложеније „органоиде следеће генерације“. Ова достигнућа су помогла у информисању новог рада на стварању органоида у мозгу.

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

Почетни доказ концепта

Да би демонстрирао потенцијалну корисност нових склопоида, истраживачки тим је користио линију матичних ћелија изведену од пацијента да би направио склопоиде који прецизно рекапитулирају кључне карактеристике ретког стања мозга званог церебрална кавернозна малформација.

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

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

Потенцијалне апликације

Коаутори виде многе потенцијалне апликације за БББ асембелоиде:

• Персонализовани скрининг лекова: БББ асамблоиди добијени од пацијената могу послужити као аватари за прилагођавање терапија пацијентима на основу њихових јединствених генетских и молекуларних профила.
• Моделирање болести: Бројним неуроваскуларним поремећајима, укључујући ретка и генетски сложена стања, недостају добри системи модела за истраживање. Успех у стварању БББ склопова могао би да убрза развој модела људског можданог ткива за више услова.
• Откриће лека високог протока: Повећање производње скуплоида може омогућити прецизнију и бржу анализу да ли потенцијални лекови за мозак могу ефикасно да пређу БББ.
• Тестирање токсина у животној средини: Често засновано на системима животињских модела, БББ асеммелоиди могу помоћи у процени токсичних ефеката загађивача животне средине, фармацеутских производа и других хемијских једињења.
• Развој имунотерапије: Истраживањем улоге БББ-а у неуроинфламаторним и неуродегенеративним болестима, нови асеммелоиди могу да подрже испоруку имунолошких терапија у мозак.
• Биоинжењеринг и истраживање биоматеријала: Биомедицински инжењери и научници материјала могу да искористе предности лабораторијског модела БББ за тестирање нових биоматеријала, возила за испоруку лекова и стратегија ткивног инжењеринга.

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