במחקר שפורסם לאחרונה ב תָאחוקרים הקימו את אורגני המוח העובריים (FeBOs) כפלטפורמה רב-תכליתית למודלים של סרטן המוח.
לימוד: מוח העובר האנושי מתארגן בעצמו לאורגנואידים מתרחבים לטווח ארוך. קרדיט תמונה: cones / Shutterstock.com
מה הם אורגנואידים?
אורגנואידים אנושיים, שהם מבנים תלת מימדיים (3D) שמקורם בתאי גזע, מחקים מקרוב רקמה אמיתית, ובכך מאפשרים את חקר הביולוגיה האנושית בבריאות ובמחלות. ניתן לקבל אורגנואידים מתאי גזע פלוריפוטנטיים (PSCs) או מתאי גזע רקמות (TSCs).
אורגנואידים PSC משכפלים שלבי התפתחות, בעוד שאורגנואידים TSC מרקמות בוגרות או עובריות מנצלים את יכולות ההתחדשות של הגוף. יחד, מודלים אורגנואידים אלה מציעים תובנות חדשות לגבי מסלולי התפתחות, תפקודים ספציפיים לרקמות ומצבי מחלה.
מחקר לפיתוח מוח, המסתמך באופן מסורתי על מודלים של בעלי חיים, מרוויח מהשימוש באורגנואידים תלת מימדיים של המוח שמקורם באדם. אף על פי כן, האורגנואידים הללו מציבים אתגרים בחיקוי התכונות הייחודיות של התפתחות המוח האנושי, כגון התרחבות ובידול מורכבים.
דרוש מחקר נוסף כדי לייעל ולשפר את האפיון, המפרט הנוירוני, המאפיינים האלקטרו-פיזיולוגיים ופיתוח של פרוטוקולי התבגרות מעודנים יותר עבור FeBOs, כמו גם לחקור את התגובות הספציפיות לאזור ואת הציטוארכיטקטורה שלהם.
ממצאי המחקר
במחקר הנוכחי, חוקרים חוקרים את התפתחותם של אורגנואידים במוח אנושי מרקמת מוח עוברית, תוך התמקדות בתקופת הנוירוגנזה המוקדמת עד האמצעית. רקמות ביולוגיות עד גיל 15 שבועות הריון נחתכו לחתיכות קטנות כדי לשמר את ארכיטקטורת הרקמה. שברים אלה תורבו במדיום ללא סרום ומטריצה חוץ-תאית (ECM) עם גורמי גדילה כדי ליצור בסופו של דבר FeBOs.
FeBOs היו קשורים לשיעור הצלחה גבוה בתרבות של למעלה מ-95% וניתן היה לעבור אותם בצורה מהימנה, כל זאת תוך התרחבות ומורפולוגיה עקבית לשעבר על פני קווים ותורמים שונים. במשך תקופה של שמונה חודשים, האורגנואידים הללו הציגו גידול ביומסה משמעותי של עד פי 15,000.
ההרכב הסלולרי של FeBOs נותח באמצעות סמנים נוירו-התפתחותיים. לשם כך, FeBOs כללו שפע של תאי גזע/אב עצביים ותאי עצב, כולל אוכלוסייה של תאי גליה רדיאליים חיצוניים, סוג תאים המועשר בפרימטים.
מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM) אישרה תכונות של רקמה עצבית כמו עצבים ואקסונים עם מיקרוטובולים הנמצאים בתוך FeBOs. יתר על כן, מחקרי זיהום לנטי-ויראלי תמכו בנוירוגנזה מתמשכת באורגנואידים אלה. אפיון טראנסקריפטומי הראה היעדר סמנים שאינם נוירואקטודרמיים ואישר את הזהות הנוירואקטודרמלית הבלעדית של FeBOs.
FeBOs ספציפיים לאזור נוצרו מאזורי מוח שונים, שהציגו קומפוזיציות תאיות שונות המשקפות את אזורי המוצא שלהם. לשם כך נעשה שימוש בבדיקת שרשרת פולימראז כמותית (qPCR) על רסיסי הרקמה המקוריים, שאישרה שרוב הרקמות מקורן באזור הטלנספאי עקב ביטוי של קופסת המזלג G1 (FOXG1+).
גם סמני המוח הקדמי הגבי וגם הגחון זוהו ב-FeBO בהתאמה על ידי ספירקלות ריקות homeobox 1 (EMX1+) וחלבון קופסא 6 מזווגת (PAX6+) ביטוי בשברי גב, והומיאובוקס 2 חסר דיסטלי (DLX2+), GS homeobox 2 (GSX2+), ו-NK2 homeobox 1 (NKX2-1+) ביטוי בשברי המוח הקדמי. יציבות התרבות ארוכת הטווח הוערכה, ומידה מסוימת של התבגרות הדרגתית נצפתה ב-FeBOs לאורך זמן.
גם ההשפעה של שינוי תנאי התרבית על התבגרות FeBO נחקרה. ליתר דיוק, שינוי של בַּמַבחֵנָה סביבה על ידי נסיגה של גורמי גדילה מסוימים והוספת תמצית קרום בסיס האטה את ההתפשטות התאית וגרמה לשינויים בביטוי הגנים שהצביעו על התבגרות עצבית. FeBOs בוגר הפגינו ביטוי מוגבר של סמנים עצביים וביטוי מופחת של סמנים מסוימים של תאי גזע.
ניתוחים השוואתיים גילו שפרופילי המטריצה החוץ-תאית (ECM) של FeBOs דומים מאוד לרקמת מוח אנושית מתפתחת. כמו כן, ניתוחים פרוטאומיים אישרו את הדמיון של רכיבי FeBO ECM לאלו של רקמת מוח עוברית אנושית, ובכך הבדילו את האורגנואידים הללו ממודלים תלת-ממדיים של מוח שמקורם ב-PSC.
ממצאי המחקר מראים כי FeBOs יכולים לשמש כפלטפורמה רב-תכליתית למודלים של סרטן המוח. באמצעות עריכת חזרות פלינדרום קצרות (CRISPR) מקובצות באופן קבוע, הוצגו מוטציות הקשורות להפרעות מוחיות וסרטן, שהובילו לאחר מכן לשינויים נצפים בהתנהגות התא ובתגובה לתרופות. FeBOs מוטנטים אלה, במיוחד קווי נוק-אאוט משולשים, שימשו במבחני רגישות למוטציה לתרופות, והראו פוטנציאל למידול סרטן מוח שניתן להרחבה וניתן לשחזור.
מסקנות
ה-FeBOs שנוצרו במחקר הנוכחי דמו להיבטים שונים של מוח העובר האנושי, כולל המגוון התאי ופרופילי התמלול שלהם. בהשוואה למודלים מוחיים שמקורם ב-PSC, FeBOs אינם מסוגלים להתקדם באופן טבעי לשלבי פיתוח מאוחרים יותר, ובכך מאפשרים לחוקרים הזדמנות ליצור קווי FeBO אורגנואידים ניתנים לשחזור עם הטרוגניות תאית חזקה שניתן להבשיל באופן סלקטיבי למחקרים ספציפיים.
