Aglomerări de celule din laborator au format spontan unde cerebrale

Este primul val cerebral al bebelușului, într-un fel.

Pe măsură ce grupurile de celule nervoase de mărimea unei linte cresc într-un vas de laborator, acestea încep să declanșeze semnale electrice ritmice. Aceste oscilații împărtășesc unele caracteristici cu cele găsite în creierul bebelușilor umani în curs de dezvoltare, au raportat cercetătorii pe 3 octombrie în Celulă stem celulară.

Sferele tridimensionale ale celulelor creierului uman, numite organoide cerebrale, sunt modele extrem de simpliste ale creierului uman. Totuși, acești organoizi ușor de obținut pot oferi o modalitate mai bună de a studia modul în care este creat un creier și cum poate merge prost acest proces (SN: 20/2/18).

„Câmpul este fierbinte”, cu progrese rapide atât în ​​fabricarea, cât și în înțelegerea organoizilor creierului, spune John Huguenard, un neuroștiință de la Universitatea Stanford care nu este implicat în studiu.

Găsirea acestui tip de activitate electrică coordonată în celulele nervoase ale organoidelor, sau neuroni, este o premieră, spune el. „Neuronii cresc și devin suficient de maturi, astfel încât nu numai că pot începe să se comporte ca neuronii și să declanșeze individual, dar acum pot fi coordonați.”

Pentru studiu, cercetătorii au convins celulele stem să formeze unii dintre neuronii care alcătuiesc stratul exterior al creierului. Acești organoizi corticali au crescut în vase de laborator care țineau rețele de electrozi imprimați de-a lungul fundului, permițând oamenilor de știință să monitorizeze activitatea electrică pe măsură ce organoizii se dezvoltau.

organoid cerebral
Aceste organoide ale creierului vechi de 10 luni prezintă semne de activitate neuronală coordonată care seamănă, într-un fel, cu cea a unui nou-născut, spun cercetătorii.Muotri Lab/UCTV

După două luni, electrozii au început să capteze unde neuronale, sau comportamentul colectiv care vine de la mulți neuroni care declanșează semnale în tandem. Până la patru până la șase luni, activitatea electrică din celulele crescute în laborator a atins niveluri „mai văzute până acum”, spune coautorul Alysson Muotri, un neuroștiință de la Universitatea din California, San Diego. Aceste semnale sugerează că neuronii din organoizi au făcut miliarde de conexiuni, spune el.

La nouă luni, organoizii au prezentat activitate electrică care reflectă activitatea cerebrală a nou-născuților. Modelele matematice sugerează că „organoidul evoluează în același mod ca și creierul bebelușului uman, atingând niveluri similare cu cele ale unui nou-născut până la nouă luni”, spune Muotri.

Deși organoizii pot trăi în laborator câțiva ani, activitatea lor electrică este în jurul a nouă luni, spune Muotri. Ar fi necesare perfecționări suplimentare pentru ca organoizii să se dezvolte mai pe deplin.

Acestor organoizi, fiecare de aproximativ un milion de ori mai mici decât un creier uman, nu au combinația complexă de celule care ajută la formarea undelor neuronale la oameni. Muotri și colegii săi explorează modalități de a crește complexitatea, poate prin adăugarea mai multor tipuri de celule sau a unui aport de sânge. Iar oamenii de știință stimulează organoizii, furnizând semnale asemănătoare cu cele pe care neuronii le-ar putea primi din alte regiuni ale creierului sau din lumea exterioară – forțe cunoscute pentru a sculpta creierul în creștere.

Cercetarea „oferă un cadru de pornire pentru analizarea modului în care se formează aceste rețele neuronale”, spune neurologul Mark Hester de la Spitalul Național de Copii din Columbus, Ohio, a cărui activitate implică și semnale electrice create de organoizii creierului maturizați. Este important să ne amintim, totuși, că acești organoizi nu sunt un lucru real, ci doar un model, spune el. „Nu este un creier miniaturizat la care ne uităm.”