Un mini-cervello cresciuto in laboratorio da cellule staminali ha sviluppato spontaneamente strutture oculari rudimentali, hanno riferito gli scienziati.
I minuscoli organoidi del cervello umano cresciuti nei piatti hanno mostrato la crescita di due coppette ottiche a simmetria bilaterale, che riflettono lo sviluppo delle strutture oculari negli embrioni umani. Questo incredibile risultato può aiutarci a comprendere meglio il processo di differenziazione e sviluppo degli occhi, nonché le malattie degli occhi.
"Il nostro lavoro evidenzia la notevole capacità degli organoidi cerebrali di generare strutture sensoriali primitive che sono sensibili alla luce e contengono tipi di cellule simili a quelli che si trovano nel corpo", ha affermato il neuroscienziato Jay Gopalakrishnan dell'Ospedale universitario di Düsseldorf in Germania. "Questi organoidi possono aiutare a studiare le interazioni occhio-cervello durante lo sviluppo embrionale, modellare i disturbi retinici congeniti e generare tipi di cellule retiniche specifici del paziente per test antidroga personalizzati e terapia dei trapianti".
Gli organoidi cerebrali non sono veri cervelli, come potresti immaginare. Si tratta di piccole strutture tridimensionali cresciute da cellule staminali pluripotenti indotte – cellule ottenute da adulti e trasformate in cellule staminali che hanno il potenziale per crescere in molti diversi tipi di tessuti.
In questo caso, queste cellule staminali possono crescere in grumi di tessuto cerebrale che non hanno nulla che assomigli a pensieri, emozioni o coscienza. Tali "mini-cervelli" vengono utilizzati per scopi di ricerca in cui l'uso di un vero cervello vivente sarebbe impossibile o almeno eticamente difficile, ad esempio per testare la risposta ai farmaci o per osservare lo sviluppo delle cellule in determinate condizioni avverse. Questa volta, Gopalakrishnan ei suoi colleghi hanno pianificato di osservare lo sviluppo degli occhi.
In studi precedenti, altri scienziati hanno utilizzato cellule staminali embrionali per coltivare coppe ottiche, strutture che diventano quasi l'intero occhio durante lo sviluppo embrionale. Altri studi hanno sviluppato strutture a coppa ottica da cellule staminali pluripotenti indotte.
Invece di far crescere queste strutture direttamente, il team di Gopalakrishnan voleva vedere se potevano essere coltivate come parte integrante degli organoidi cerebrali. Questo ci permetterebbe di vedere come questi due tipi di tessuto possono crescere insieme, piuttosto che far crescere semplicemente le strutture ottiche in isolamento.
Il lavoro precedente sullo sviluppo di organoidi aveva mostrato la presenza di cellule retiniche, ma non avevano sviluppato strutture ottiche, quindi il team ha cambiato i propri protocolli. Non hanno cercato di forzare lo sviluppo di cellule puramente neuronali nelle prime fasi della differenziazione neuronale e hanno aggiunto acetato di retinolo al terreno di coltura come aiuto per lo sviluppo dell'occhio.
I loro cervelli di bambini accuratamente mantenuti avevano già formato le coppe ottiche entro il trentesimo giorno di sviluppo e le strutture erano chiaramente visibili entro il giorno 30. Ciò è coerente con i tempi dello sviluppo dell'occhio in un embrione umano, il che significa che questi organoidi possono essere utili per studiare le complessità di questo processo.
Ci sono altre conseguenze. Le coppe ottiche contenevano diversi tipi di cellule retiniche, organizzate in reti neurali sensibili alla luce, e contenevano persino lenti e tessuto corneale. Infine, le strutture hanno dimostrato la connessione della retina con aree di tessuto cerebrale.
Dei 314 organoidi cerebrali cresciuti dal team, il 73% ha sviluppato coppe ottiche. Il team spera di sviluppare strategie per mantenere queste strutture vitali per periodi di tempo più lunghi per una ricerca più approfondita con un enorme potenziale, affermano i ricercatori.
"È possibile sviluppare organoidi cerebrali contenenti vescicole ottiche che mostrano tipi di cellule neuronali altamente specializzati, aprendo la strada alla creazione di organoidi personalizzati e fogli epiteliali del pigmento retinico per il trapianto", scrivono nel loro articolo. "Riteniamo che [questi siano] organoidi di nuova generazione che aiutano a modellare le retinopatie derivanti dai primi disturbi dello sviluppo neurologico".
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