Een mini-brein dat in het laboratorium uit stamcellen is gegroeid, heeft spontaan rudimentaire oogstructuren ontwikkeld, hebben wetenschappers gemeld.
Uiterst kleine menselijke hersenorganoïden gekweekt in schalen toonden de groei van twee bilateraal symmetrische optische bekers, die de ontwikkeling van oogstructuren in menselijke embryo's weerspiegelden. Dit ongelooflijke resultaat kan ons helpen het proces van oogdifferentiatie en -ontwikkeling, evenals oogziekten, beter te begrijpen.
"Ons werk benadrukt het opmerkelijke vermogen van hersenorganoïden om primitieve sensorische structuren te genereren die gevoelig zijn voor licht en celtypen bevatten die vergelijkbaar zijn met die in het lichaam", zegt neurowetenschapper Jay Gopalakrishnan van het Universitair Ziekenhuis Düsseldorf in Duitsland. "Deze organoïden kunnen helpen bij het bestuderen van hersen-oog-interacties tijdens de embryonale ontwikkeling, het modelleren van aangeboren netvliesaandoeningen en het genereren van patiëntspecifieke netvliesceltypen voor gepersonaliseerde medicijntesten en transplantatietherapie."
Hersenorganoïden zijn geen echte hersenen, zoals je je misschien kunt voorstellen. Dit zijn kleine driedimensionale structuren die zijn gegroeid uit geïnduceerde pluripotente stamcellen - cellen die zijn verkregen van volwassenen en zijn getransformeerd in stamcellen die het potentieel hebben om uit te groeien tot veel verschillende soorten weefsels.
In dit geval kunnen deze stamcellen uitgroeien tot klompjes hersenweefsel die niets hebben dat lijkt op gedachten, emoties of bewustzijn. Dergelijke "mini-hersenen" worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden waarbij het gebruik van een echt levend brein onmogelijk of op zijn minst ethisch moeilijk zou zijn - bijvoorbeeld om de reactie op medicijnen te testen of om de ontwikkeling van cellen onder bepaalde ongunstige omstandigheden te observeren. Deze keer waren Gopalakrishnan en zijn collega's van plan om oogontwikkeling te observeren.
In eerdere studies hebben andere wetenschappers embryonale stamcellen gebruikt om optische cups te laten groeien, structuren die tijdens de embryonale ontwikkeling bijna het hele oog worden. Andere studies hebben optische komachtige structuren ontwikkeld van geïnduceerde pluripotente stamcellen.
In plaats van deze structuren rechtstreeks te laten groeien, wilde het team van Gopalakrishnan kijken of ze konden worden gekweekt als een geïntegreerd onderdeel van hersenorganoïden. Dit zou ons in staat stellen om te zien hoe deze twee soorten weefsel samen kunnen groeien, in plaats van alleen optische structuren afzonderlijk te laten groeien.
Eerder werk aan de ontwikkeling van organoïden had de aanwezigheid van netvliescellen aangetoond, maar ze hadden geen optische structuren ontwikkeld, dus veranderde het team hun protocollen. Ze probeerden niet de ontwikkeling van puur neuronale cellen in de vroege stadia van neuronale differentiatie te forceren en voegden retinolacetaat toe aan het kweekmedium als hulpmiddel voor oogontwikkeling.
Hun zorgvuldig onderhouden babyhersenen hadden op dag 30 van ontwikkeling al optische bekers gevormd en de structuren waren duidelijk zichtbaar op dag 50. Dit komt overeen met de timing van oogontwikkeling in een menselijk embryo, wat betekent dat deze organoïden nuttig kunnen zijn voor het bestuderen van de fijne kneepjes van dit proces.
Er zijn andere gevolgen. De optische cups bevatten verschillende soorten netvliescellen, georganiseerd in op licht reagerende neurale netwerken, en bevatten zelfs lens- en hoornvliesweefsel. Ten slotte demonstreerden de structuren de verbinding van het netvlies met delen van hersenweefsel.
Van de 314 hersenorganoïden die het team liet groeien, ontwikkelde 73% optische bekers. Het team hoopt strategieën te ontwikkelen om deze structuren voor langere tijd levensvatbaar te houden voor meer diepgaand onderzoek met een enorm potentieel, aldus de onderzoekers.
"Hersenorganoïden die optische blaasjes bevatten die zeer gespecialiseerde neuronale celtypen vertonen, kunnen worden ontwikkeld, wat de weg vrijmaakt voor de creatie van gepersonaliseerde organoïden en retinale pigmentepitheelvellen voor transplantatie", schrijven ze in hun paper. "Wij geloven [dit zijn] organoïden van de volgende generatie die helpen bij het modelleren van retinopathieën die het gevolg zijn van vroege neurologische ontwikkelingsstoornissen."
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook: