Церебральные органоиды представляют собой трехмерный мозг, культивируемый in vitro, который имитирует деятельность человеческого мозга. Они стали бесценными инструментами для понимания эволюции, патогенеза заболеваний и процессов развития нервной системы.
Однако разработка этих органоидов все еще находится на начальной стадии, и существует ряд ограничений, которые препятствуют их широкому применению. Основным препятствием является отсутствие функциональной сосудистой сети, которая может ограничивать размер органоидов, вызывать гибель клеток и предотвращать дифференцировку клеток в органоидах.
Для решения этой проблемы были разработаны разнообразные стратегии, направленные на васкуляризацию церебральных органоидов человека.
Недавно доцент Косуке Катаока вместе с соавторами Юя Сато и Тору Асахи из Высшей школы передовых наук и техники Университета Васэда провели комплексное исследование различных стратегий васкуляризации церебральных органоидов.
Их исследование было опубликовано в Интернете в журнале BMC Biology.
Катаока говорит: «Было предложено несколько стратегий для создания функциональных сосудистых систем в церебральных органоидах, однако комплексного сравнительного исследования этих стратегий ранее не существовало. Таким образом, характеристики и проблемы каждой стратегии васкуляризации точно не охарактеризованы».
Посредством комплексного сравнения данных секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq) в исследовании оценивались различные васкуляризированные органоиды головного мозга человека, созданные с использованием различных подходов, с последующим анализом этих наборов данных в сочетании с данными мозга плода. Это исследование выявило влияние различных методов васкуляризации на дифференцировку типов клеток и профили транскриптома как нейрональных, так и сосудистых клеток в этих органоидах.
Было замечено, что все протоколы васкуляризации улучшили значение корреляции в большинстве типов клеток. «Это открытие предполагает, что независимо от типа протокола васкуляризованные церебральные органоиды демонстрировали профиль экспрессии генов ближе к мозгу плода человека, чем неваскуляризированные органоиды»,» объясняет Катаока.
Они также обнаружили, что сосудистая индукция оказывает транскриптомное воздействие на популяции нейронов и сосудистоподобных клеток. В сосудистых клетках головного мозга плода наблюдалась экспрессия всех маркерных генов, однако различные васкуляризированные и сосудистые органоиды имели недостаточный профиль экспрессии. Более того, было обнаружено, что этот профиль экспрессии зависит от стратегии васкуляризации.
Исследование также выявило важность взаимодействия между сосудистоподобными клетками и нейронами для того, чтобы кровеносные сосуды развивали свой цереброваскулярный профиль и выполняли свои сосудистые функции, характерные для мозга, такие как гематоэнцефалический барьер.
Расширяя возможности дальнейшего применения этих результатов, Катаока говорит: «Наши результаты могут способствовать созданию более реалистичных моделей человеческого мозга с кровеносными сосудами. Это не только поможет лучше понять работу человеческого мозга, но и ускорить исследования различных заболеваний головного мозга и обеспечить более точный скрининг лекарств».
Васкуляризованные церебральные органоиды вряд ли подвергнутся гибели клеток и поэтому считаются стандартом для будущих исследований мозга.
Настоящее исследование имеет решающее значение для изготовления васкуляризированных органоидов в будущем. Мы надеемся на разработку васкуляризированных органоидов с более высокой точностью воспроизведения.
