Researchers at Yale University have successfully grown mini versions of two crucial pieces of human brain tissue in the lab, demonstrating how neuronal activity stays in balance — and why things sometimes go awry.
Recent advancements in stem cell technology have made it possible for scientists to grow neural tissues in a lab. These are complex, 3D structures that mimic the way brains behave in the early stages of embryonic development. Researchers have figured out how to stimulate stem cells to grow into different kinds of brain tissue; each little bundle of cells that mimics a brain region is called an organoid.
The scientists in this study, led by Yangfei Xiang and Yoshiaki Tanaka, grew two organoids, each representing different regions of the brain in its early stages of development. The results were published on line Thursday in Cell Stem Cell. One organoid represented an area of the brain called the medial ganglionic eminence, which plays a brief but important role in embryonic neural development by producing inhibitory neurons — the sort that sends the signal for brain cells to stop firing off. These interact with excitatory neurons and in ideal conditions, the system exists in the balance as a whole.
The research team managed to fuse their medial ganglionic eminence with another organoid made of excitatory neurons. From there, they could watch at a microscopic level the growth of the inhibitory neurons through the tissue, doing their thing to prevent the system from getting too fired up.
This mini-brain model offers scientists a way to peer into the functioning of the developing brain, which isn’t possible for technical and ethical reasons on actual human embryos. The research offers insights into how things can go wrong in the developing brain when the balance of inhibitory and excitatory neurons gets out of whack. Too much excitation is implicated in schizophrenia, whereas too little is implicated in depression. Autism spectrum disorders have also been linked to an imbalance in this important neuronal relationship.
Because these organoids are simplified models made of living brain tissue, they could also teach us a great deal about the evolution of gray matter. By first understanding how basic neural structures interact with each other, we may be able to uncover how our impossibly complex minds got to be the way they are — and how.
ITALIANO
Questi organoidi ci mostrano come i cervelli embrionali rimangono equilibrati.
I ricercatori della Yale University hanno sviluppato con successo mini versioni di due pezzi fondamentali del tessuto cerebrale umano in laboratorio, dimostrando come l'attività neuronale rimanga in equilibrio - e perché le cose a volte vanno male.
I recenti progressi nella tecnologia delle cellule staminali hanno reso possibile agli scienziati la crescita dei tessuti neurali in un laboratorio. Sono complesse strutture 3D che simulano il modo in cui i cervelli si comportano nelle prime fasi dello sviluppo embrionale. I ricercatori hanno capito come stimolare le cellule staminali a crescere in diversi tipi di tessuto cerebrale; ogni piccolo fascio di cellule che imita una regione del cervello è chiamato organoide.
Gli scienziati di questo studio, guidati da Yangfei Xiang e Yoshiaki Tanaka, hanno sviluppato due organoidi, ognuno dei quali rappresentava diverse regioni del cervello nelle sue prime fasi di sviluppo. I risultati sono stati pubblicati in linea in Cell Stem Cell. Un organoide rappresentava un'area del cervello chiamata eminenza ganglionica mediale, che svolge un ruolo breve ma importante nello sviluppo neurale dell'embrione producendo neuroni inibitori - il tipo che invia il segnale per le cellule cerebrali per smettere di morire. Questi interagiscono con i neuroni eccitatori e nelle condizioni ideali, il sistema esiste nell'equilibrio nel suo complesso.
Il gruppo di ricerca è riuscito a fondere la loro eminenza ganglionica mediale con un altro organoide fatto di neuroni eccitatori. Da lì potevano guardare a livello microscopico la crescita dei neuroni inibitori attraverso il tessuto, svolgendo la loro attività per impedire che il sistema venisse distrutto.
Questo modello di mini-cervello offre agli scienziati un modo per esplorare il funzionamento del cervello in via di sviluppo, che non è possibile per motivi tecnici ed etici sugli embrioni umani reali. La ricerca offre approfondimenti su come si può sbagliare nel cervello in via di sviluppo quando l'equilibrio dei neuroni inibitori e eccitatori improvvisamente viene rotto. Troppa eccitazione è implicata nella schizofrenia, mentre troppo poca è implicata nella depressione. Anche i disturbi dello spettro dell'autismo sono stati associati ad uno squilibrio in questo importante rapporto neuronale.
Poiché questi organoidi sono modelli semplificati di tessuto cerebrale vivo, potrebbero anche insegnarci molto sull'evoluzione della materia grigia. Innanzitutto capire come le strutture neurali di base interagiscano tra di loro, possiamo scoprire come le nostre menti impossibilmente complesse hanno ottenuto il modo in cui sono - e come.
Da:
https://www.inverse.com/article/34757-lab-grown-mini-brain-organoid-evolution
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