Jak innowacje w komórkach macierzystych mają wpływ na zaawansowane badania neurologiczne

Jednym z czynników bramkujących w badaniu ludzkiego mózgu jest możliwość prowadzenia badań nad faktycznie funkcjonującą ludzką tkanką mózgową. W rezultacie wiele badań naukowych jest przeprowadzanych na gryzoniach jako odpowiedniku ssaków. Wadą tego podejścia jest to, że mózgi gryzoni różnią się budową i funkcją. Według Johnsa Hopkinsa, strukturalnie, ludzki mózg składa się w około 30% z neuronów i 70% z gleju, podczas gdy mózg myszy ma odwrotny stosunek [1]. Badacze z MIT odkryli, że dendryty ludzkich neuronów przenoszą sygnały elektryczne inaczej niż neurony gryzoni [2]. Innowacyjną alternatywą jest hodowla ludzkiej tkanki mózgowej z wykorzystaniem technologii komórek macierzystych.

Komórki macierzyste to niewyspecjalizowane komórki, które dają początek komórkom zróżnicowanym. To stosunkowo niedawne odkrycie sięgające lat 80-tych. Embrionalne komórki macierzyste zostały po raz pierwszy odkryte w 1981 roku przez Sir Martina Evansa z Cardiff University w Wielkiej Brytanii, a następnie na Uniwersytecie w Cambridge, laureata Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny w 2007 roku [3].

W 1998 roku wyhodowano ludzkie embrionalne komórki macierzyste w laboratorium Jamesa Thomsona z University of Wisconsin w Madison i Johna Gearharta z Johns Hopkins University w Baltimore [4].

Osiem lat później Shinya Yamanaka z Kyoto University w Japonii odkrył metodę transformacji komórek skóry myszy w pluripotencjalne komórki macierzyste przy użyciu wirusa wprowadzającego cztery geny [5]. Pluripotencjalne komórki macierzyste mają zdolność przekształcania się w inne typy komórek. Yamanaka, wraz z Johnem B. Gurdonem, zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny 2012 za odkrycie, że dojrzałe komórki można przeprogramować tak, aby stały się pluripotencjalne [6]. Koncepcja ta jest znana jako indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste lub iPSC.

W 2013 roku europejski zespół naukowców, kierowany przez Madeline Lancaster i Juergena Knoblicha, opracował trójwymiarowy (3D) organoid mózgowy przy użyciu ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, które „urosły do ​​około czterech milimetrów i mogą przetrwać nawet 10 miesięcy . [7]. ” Był to przełom, ponieważ wcześniejsze modele neuronów hodowano w 2D.

Niedawno, w październiku 2018 r., Zespół naukowców pod kierownictwem Tufts wyhodował model 3D ludzkiej tkanki mózgowej, która wykazywała spontaniczną aktywność nerwową przez co najmniej dziewięć miesięcy. Badanie zostało opublikowane w październiku 2018 r. W ACS Biomaterials Science & Engineering, czasopismo American Chemical Society [8].

Od początkowego odkrycia komórek macierzystych u myszy po hodowanie modeli 3D ludzkich sieci neuronowych z pluripotencjalnych komórek macierzystych w ciągu mniej niż 40 lat, tempo postępu naukowego było wykładnicze. Te trójwymiarowe modele ludzkiej tkanki mózgowej mogą pomóc w rozwoju badań nad odkrywaniem nowych metod leczenia choroby Alzheimera, Parkinsona, Huntingtona, dystrofii mięśniowej, epilepsji, stwardnienia zanikowego bocznego (znanego również jako ALS lub choroba Lou Gehriga) oraz wielu innych chorób i zaburzeń mózgu. Narzędzia, których neuronauka wykorzystuje do badań, ewoluują w stopniu wyrafinowanym, a komórki macierzyste odgrywają ważną rolę w przyspieszaniu postępu z korzyścią dla ludzkości.

Copyright © 2018 Cami Rosso Wszelkie prawa zastrzeżone.

2. Rosso, Cami. „Dlaczego ludzki mózg wykazuje wyższą inteligencję?” Psychologia dzisiaj. 19 października 2018 r.

3. Uniwersytet w Cardiff. „Sir Martin Evans, Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny”. Pobrano 23 października 2018 ze strony http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans

4. Widoki serca. „Oś czasu komórek macierzystych”. 2015 kwiecień-czerwiec. Pobrane 23.10.2018 z https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. Scudellari, Megan. „Jak komórki iPS zmieniły świat”. Natura. 15 czerwca 2016 r.

6. Nagroda Nobla (2012-10-08). „Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny 2012 [Informacja prasowa]. Pobrano 23 października 2018 z https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/

7. Rojahn, Susan Young. „Naukowcy hodują 3-D ludzkie tkanki mózgowe”. Przegląd technologii MIT. 28 sierpnia 2013.

1. Cantley, William L .; Du, Chuang; Lomoio, Selene; DePalma, Thomas; Peirent, Emily; Kleinknecht Dominic; Hunter, Martin; Tang-Schomer, Min D .; Tesco, Giuseppina; Kaplan, David L. ” Funkcjonalne i zrównoważone modele 3D ludzkich sieci neuronowych z pluripotencjalnych komórek macierzystych ”.ACS Biomaterials Science & Engineering, czasopismo Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. 1 października 2018 r.