O nouă tehniologie care utilizează organoizi cerebrali - mini-creiere artificiale cultivate în laborator - dezvăluie originile genetice ale tulburării de spectru autist (TSA) în creierul uman. Odată cu avansarea unor astfel de tehnologii noi, secretele creierului uman sunt mai aproape ca niciodată de a fi înţelese.
Denumită CHOOSE (de la secvenţiere ARN cu o singură celulă în organoizi umani / CRISP Human Organoids-Single-cell RNA sequencing), tehnica combină genetica elaborată şi bioinformatica cantitativă pentru a studia mutaţiile genelor cunoscute ca fiind de mare risc pentru autism, şi modul în care aceste mutaţii duc la modificări specifice ale celulelor în creierul fetal.
Întrucât fiecare celulă individuală din micul creier in vitro poartă doar o singură mutaţie (cel mult) pentru o anumită genă cu risc ridicat, efectele diferitelor mutaţii pot fi analizate simultan în timpul diviziunii şi multiplicării celulei în cauză în organoidul în creştere.
Noua tehnologie ştiinţifică poate identifica consecinţele mai multor mutaţii într-un singur experiment, reducând dramatic timpul necesar pentru analiză, spun cercetătorii.
„Cu această metodologie de mare randament, putem inactiva sistematic o listă de gene care cauzează boli", a declarat spune Chong Li, specialist la Institutul de biotehnologie moleculară (IMBA) din Austria, unul dintre grupurile de cercetare care au dezvoltat tehnica.
Concentrându-se pe 36 de gene cunoscute cu risc ridicat de autism, cercetătorii au descoperit că, deşi aceste gene au multe mecanisme moleculare comune, efectul acestor mecanisme asupra diferitelor tipuri de celule poate fi distinct diferit - ceea ce face ca anumite tipuri de celule să fie vulnerabile la mutaţiile legate de autism în creierul fetal.
Progenitorii neuronali - celulele fondatoare care generează neuroni, celulele nervoase din creierul nostru - sunt deosebit de susceptibile la mutaţii, explică Li, evidenţiind aceste tipuri de celule ca fiind candidate pentru studii viitoare.
Dezvoltarea creierului uman este un proces rafinat de complicat, însă tocmai această complexitate oferă atât de multe oportunităţi pentru ca dezvoltarea creierului să meargă prost.
Foto: Jumătatea stângă: Imaginea confocală a unui sistem mozaic de organoizi ai creierului uman CHOOSE (secvenţiere ARN cu o singură celulă în organoizi umani / CRISP Human Organoids-Single-cell RNA sequencing) care arată celulele purtătoare de mutaţii în roşu. Jumătatea dreaptă: o reprezentare în mozaic de culori diferite indicând celule individuale, fiecare purtând o mutaţie într-o genă a autismului. ©Knoblich Lab / IMBA-IMP Graphics
Până de curând, oamenii de ştiinţă s-au bazat pe ţesuturi autopsiate, pe scanări ale creierului şi pe modele animale pentru a înţelege funcţionarea internă a creierului. Acum, organoizii anunţă o nouă eră în cercetarea medicală.
În acest caz, organoizii de creier artificial derivaţi din celule stem nu cresc mai mult de 4 mm într-un vas Petri, fiind considerate, în general, modele pentru anumite aspecte ale dezvoltării creierului, mai mult decât modele ale creierului în sine.
„Studierea etiologiei genetice a [tulburărilor de dezvoltare neurologică] ajută la cunoaşterea mecanismelor bolii, dar necesită, de obicei, accesul la procesele de dezvoltare a creierului uman. Organoizii cerebrali in vivo ne arată dezvoltarea timpurie a creierului şi generarea diverselor tipuri de celule", scrie echipa în cercetarea publicată pe 13 septembrie, în revista Nature.
Deşi organoizii conţin mai multe tipuri de ţesuturi care alcătuiesc creierul uman, acestor modele le lipsesc unele ţesuturi cerebrale comune, cum ar fi celulele microgliale, astfel încât rămân deocamdată un model incomplet, astfel încât şi aceste celule (microglia) vor trebui în continuare testate, avertizează echipa.
Echipa consideră că nouă tehnologie va aduce schimbări semnificative în domeniul screening-ului genetic şi va putea fi aplicată la multe ţesuturi umane diferite, avansând rapid cunoştinţele asupra bolilor genetice.
Cercetarea a fost publicată, pe 13 septembrie, în revista Nature.
(Foto articol: Sistemul organoidian de creier uman CHOOSE. Credit: ©Knoblich Lab / IMBA-IMP Graphics).
