En minihjärna som odlats i laboratoriet från stamceller har spontant utvecklat rudimentära ögonstrukturer, har forskare rapporterat.
Små mänskliga hjärnorganoider odlade i skålar visade tillväxten av två bilateralt symmetriska optiska koppar, vilket återspeglar utvecklingen av ögonstrukturer i mänskliga embryon. Detta otroliga resultat kan hjälpa oss att bättre förstå processen för ögondifferentiering och utveckling, såväl som ögonsjukdomar.
"Vårt arbete belyser den anmärkningsvärda förmågan hos hjärnorganoider att generera primitiva sensoriska strukturer som är känsliga för ljus och innehåller celltyper som liknar de som finns i kroppen", säger neuroforskaren Jay Gopalakrishnan vid universitetssjukhuset i Düsseldorf i Tyskland. "Dessa organoider kan hjälpa till att studera hjärn-öga-interaktioner under embryonal utveckling, modellera medfödda retinala störningar och generera patientspecifika retinala celltyper för personlig drogtester och transplantationsterapi."
Hjärnorganoider är inte riktiga hjärnor, som du kanske föreställer dig. Dessa är små tredimensionella strukturer som odlats från inducerade pluripotenta stamceller – celler erhållna från vuxna och omvandlade till stamceller som har potential att utvecklas till många olika typer av vävnader.
I det här fallet kan dessa stamceller växa till klumpar av hjärnvävnad som inte har något som liknar tankar, känslor eller medvetande. Sådana "minihjärnor" används för forskningsändamål där användningen av en riktig levande hjärna skulle vara omöjlig eller åtminstone etiskt svår - till exempel för att testa responsen på läkemedel eller för att observera utvecklingen av celler under vissa ogynnsamma förhållanden. Den här gången planerade Gopalakrishnan och hans kollegor att observera ögonutveckling.
I tidigare studier har andra forskare använt embryonala stamceller för att odla optiska bägare, strukturer som blir nästan hela ögat under embryonal utveckling. Andra studier har utvecklat optiska bägare-liknande strukturer från inducerade pluripotenta stamceller.
Istället för att odla dessa strukturer direkt, ville Gopalakrishnans team se om de kunde odlas som en integrerad del av hjärnans organoider. Detta skulle tillåta oss att se hur dessa två typer av vävnad kan växa tillsammans, snarare än att bara växa optiska strukturer isolerat.
Tidigare arbete med organoidutveckling hade visat närvaron av retinala celler, men de hade inte utvecklat optiska strukturer, så laget ändrade sina protokoll. De försökte inte tvinga fram utvecklingen av rent neuronala celler i de tidiga stadierna av neuronal differentiering och tillsatte retinolacetat till odlingsmediet som ett hjälpmedel för ögonutveckling.
Deras noggrant underhållna babyhjärnor hade redan bildat optiska bägare på dag 30 av utvecklingen, och strukturerna var tydligt synliga på dag 50. Detta överensstämmer med tidpunkten för ögonutveckling i ett mänskligt embryo, vilket innebär att dessa organoider kan vara användbara för att studera krångligheterna i denna process.
Det finns andra konsekvenser. De optiska kopparna innehöll olika typer av retinala celler, organiserade i ljuskänsliga neurala nätverk och innehöll till och med lins- och hornhinnevävnad. Slutligen visade strukturerna näthinnans anslutning till områden av hjärnvävnad.
Av de 314 hjärnorganoiderna som laget växte utvecklade 73 % optiska bägare. Teamet hoppas kunna utveckla strategier för att hålla dessa strukturer livskraftiga under längre perioder för mer djupgående forskning med enorm potential, säger forskarna.
"Hjärnorganoider som innehåller optiska vesiklar som visar högspecialiserade neuronala celltyper kan utvecklas, vilket öppnar vägen för skapandet av personliga organoider och retinala pigmentepitelark för transplantation", skriver de i sin uppsats. "Vi tror att [dessa är] nästa generations organoider som hjälper till att modellera retinopatier till följd av tidiga neuroutvecklingsstörningar."
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också: