Oamenii de ştiinţă au dezvoltat un model al creierului uman care cuprinde toate tipurile majore de celule, pentru a permite cercetarea personalizată a bolilor şi descoperirea de medicamente.
Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au dezvoltat un model 3D de ţesut cerebral uman, care reproduce pentru prima dată toate cele şase tipuri majore de celule ale creierului, inclusiv neuroni, celule gliale şi componente ale vaselor de sânge, într-o singură cultură.
Aceste modele, denumite „miBrains” (Multicellular Integrated Brains), sunt obţinute din celule stem pluripotente induse provenite de la donatori umani şi pot fi personalizate genetic, oferind un instrument promiţător pentru studiul bolilor neurologice şi dezvoltarea de terapii personalizate.
Fiecare unitate miBrain este de dimensiunea unei monede de 50 de bani, dar reproduce fidel structura şi interacţiunile din ţesutul cerebral uman, permiţând cercetătorilor să observe comportamentul complex al celulelor în condiţii controlate. Platforma, descrisă într-un studiu publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), oferă o alternativă mai realistă la modelele animale, eliminând o parte dintre limitările acestora.
Modelele miBrain îmbină avantajele culturilor celulare tradiţionale, fiind rapide şi uşor de manipulat, cu complexitatea biologică a creierului viu. Celulele se auto-asamblează în structuri funcţionale care includ reţele neuronale active, vase de sânge şi o barieră hemato-encefalică capabilă să regleze ce substanţe pot pătrunde în ţesutul cerebral. Această caracteristică este esenţială pentru testarea eficientă a medicamentelor şi pentru înţelegerea mecanismelor de protecţie ale creierului.
Pentru a crea mediul potrivit de dezvoltare, cercetătorii au folosit un „neuromatrix” pe bază de hidrogel, care imită matricea extracelulară naturală a creierului. Amestecul personalizat de polizaharide şi proteoglicani oferă suport fizic şi chimic tuturor tipurilor de celule, favorizând maturizarea neuronilor funcţionali. În paralel, echipa a stabilit proporţiile ideale între diferitele tipuri celulare pentru a recrea unităţi neurovasculare active, un proces experimentat până la obţinerea echilibrului optim.
Unul dintre primele teste realizate cu platforma miBrain a vizat gena APOE4, principalul marker genetic pentru boala Alzheimer. Prin integrarea astrocitelor purtătoare ale variantei APOE4 în modelele 3D, cercetătorii au observat modificări majore ale interacţiunilor celulare şi o creştere a nivelurilor de proteine asociate bolii, precum amiloidul şi tau fosforilat. Experimentele au arătat că reacţiile patologice depind de interacţiunile dintre astrocite şi microglia, oferind dovezi suplimentare asupra rolului acestor mecanisme în progresia bolii.
Rezultatele sugerează că miBrains pot deveni un instrument esenţial pentru descoperirea de noi ţinte terapeutice şi pentru testarea rapidă a medicamentelor fără a depinde de modelele animale. Echipa MIT intenţionează să îmbunătăţească platforma prin adăugarea de fluxuri microfluidice pentru simularea circulaţiei sanguine şi prin aplicarea secvenţierii la nivel de celulă unică pentru o cartografiere mai detaliată a neuronilor.
„Complexitatea şi flexibilitatea sistemului miBrain permit explorarea şi personalizarea nelimitată a studiilor asupra creierului. Putem adapta fiecare model la genomul unui individ, ceea ce aduce medicina personalizată cu un pas mai aproape de realitate”, a declarat Alice Stanton, coordonator principal al studiului.
Studiul a fost realizat în colaborare între MIT Picower Institute for Learning and Memory, Koch Institute for Integrative Cancer Research şi Icahn School of Medicine at Mount Sinai. (sursa stiripesurse.ro)
Foto: iStock
