Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au dezvoltat un model 3D de țesut cerebral uman, care reproduce pentru prima dată toate cele șase tipuri majore de celule ale creierului, inclusiv neuroni, celule gliale și componente ale vaselor de sânge, într-o singură cultură.
Aceste modele, denumite „miBrains” (Multicellular Integrated Brains, unde brains sunt creiere), sunt obținute din celule stem pluripotente induse (iPSC) provenite de la donatori umani și pot fi personalizate genetic, oferind un instrument promițător pentru studiul bolilor neurologice și dezvoltarea de terapii personalizate.
Fiecare unitate miBrain este de dimensiunea unei monede de 50 de bani, dar reproduce fidel structura și interacțiunile din țesutul cerebral uman, permițând cercetătorilor să observe comportamentul complex al celulelor în condiții controlate.
Platforma, descrisă într-un studiu publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS, oferă o alternativă mai realistă la modelele animale, eliminând unele dintre limitările acestora.
Modelele miBrain îmbină avantajele culturilor celulare tradiționale, fiind rapide și ușor de manipulat, cu complexitatea biologică a creierului viu. Celulele se auto-asamblează în structuri funcționale care includ rețele neuronale active, vase de sânge și o barieră hemato-encefalică capabilă să regleze ce substanțe pot pătrunde în țesutul cerebral. Această caracteristică este esențială pentru testarea eficientă a medicamentelor și pentru înțelegerea mecanismelor de protecție ale creierului.
Pentru a crea mediul potrivit de dezvoltare, cercetătorii au folosit un „neuromatrix” pe bază de hidrogel, care imită matricea extracelulară naturală a creierului. Amestecul personalizat de polizaharide și proteoglicani oferă suport fizic și chimic tuturor tipurilor de celule, favorizând maturizarea neuronilor funcționali. În paralel, echipa a stabilit proporțiile ideale între diferitele tipuri celulare pentru a recrea unități neurovasculare active, un proces experimentat meticulos până la obținerea echilibrului optim.
Unul dintre primele teste realizate cu platforma miBrain a vizat gena APOE4, cel mai important marker genetic pentru boala Alzheimer.
Prin integrarea astrocitelor purtătoare ale variantei APOE4 în modelele 3D, cercetătorii au observat modificări majore ale interacțiunilor celulare și o creștere a nivelurilor de proteine asociate bolii, precum amiloidul și tau fosforilat.
De asemenea, experimentele au arătat că reacțiile patologice depind de „dialogul molecular” dintre astrocite și microglia (celulele imune ale creierului), oferind dovezi suplimentare asupra rolului acestor interacțiuni în progresia bolii.
Rezultatele sugerează că miBrains pot deveni un instrument esențial pentru descoperirea de noi ținte terapeutice și pentru testarea rapidă a medicamentelor, fără a depinde de modelele animale.
Echipa MIT intenționează să îmbunătățească în continuare platforma prin adăugarea de fluxuri microfluidice pentru simularea circulației sanguine și prin aplicarea secvențierii la nivel de celulă unică pentru o cartografiere mai detaliată a neuronilor.
„Complexitatea și flexibilitatea sistemului miBrain permit explorarea și personalizarea nelimitată a studiilor asupra creierului.. Putem adapta fiecare model la genomul unui individ, ceea ce aduce medicina personalizată cu un pas mai aproape de realitate”, a declarat Alice Stanton, coordonator principal al studiului, citată într-un comunicat al MIT.
Studiul a fost realizat în colaborare între MIT Picower Institute for Learning and Memory, Koch Institute for Integrative Cancer Research și Icahn School of Medicine at Mount Sinai.
