Forskere har dyrket et unikt organoid, der efterligner hele hjernen

Forskere ved Johns Hopkins University har fremkaldt et unikt organoid i den menneskelige hjerne, der indeholder nervevæv og rudimentære blodkar. Udviklingen kan være et gennembrud i studiet af neuropsykiatriske lidelser som autisme.

"Vi har skabt et næstegenerations organoid," sagde hovedforfatter Annie Kathuria, adjunkt ved JHU's Institut for Biomedicinsk Teknik, der studerer hjerneudvikling og neuropsykiatriske sygdomme. "Typisk skaber studier organoider, der kun repræsenterer én del af hjernen - cortex, baghjernen eller mellemhjernen. Vi var i stand til at dyrke et rudimentært helhjerneorganoid, som vi kalder et multiregionalt hjerneorganoid (MRBO)."

Arbejdet, der er offentliggjort i tidsskriftet Advanced Science, er en af de første gange, at forskere har skabt et organoid, der omfatter væv fra alle større hjerneområder, der interagerer med hinanden. Dette er især vigtigt for at studere sygdomme, der påvirker hele hjernen, såsom skizofreni eller autisme. Indtil nu er sådanne studier primært blevet udført på dyremodeller.

For at dyrke MRBO dyrkede Kathurias team først neurale celler fra forskellige dele af hjernen, såvel som rudimentære blodkar, i separate skåle. De forbandt derefter disse dele ved hjælp af specielle "lim"-proteiner, hvilket gjorde det muligt for vævene at vokse sammen og kommunikere. Efterhånden som organoidet voksede, begyndte elektriske signaler at dukke op, hvilket indikerede neural netværksaktivitet.

Det skabte organoid omfattede en bred vifte af neuronale celler, der lignede dem i hjernen hos et menneskeligt embryo på den 40. udviklingsdag. Den laboratorieskabte mini-hjernestruktur formåede at reproducere cirka 80% af de celletyper, der er karakteristiske for den tidlige fase af den menneskelige hjerneudvikling.

Selvom MRBO er betydeligt mindre end den virkelige hjerne (omkring 6-7 millioner neuroner mod titusindvis af milliarder hos en voksen), giver den en unik platform til at studere hjernens udvikling som helhed.

Organoidet viste også en tidlig form for blod-hjerne-barrieren, et lag af celler, der styrer passagen af stoffer ind i hjernen.

"Hvis vi vil forstå neurologiske udviklingsforstyrrelser eller psykiatriske sygdomme, er vi nødt til at arbejde med menneskeceller. Men jeg kan ikke bare bede nogen om at 'låne' mig deres hjerne for at studere autisme," forklarer Kathuria. "Helhjerneorganoider giver os mulighed for at observere sygdomsprogression i realtid, teste behandlinger og endda udvikle skræddersyede terapier."

Forskere bemærker, at brugen af sådanne organoider til at teste nye lægemidler kan forbedre effektiviteten af kliniske forsøg. I dag mislykkes 85 % til 90 % af lægemidlerne i fase I-forsøg på mennesker, og for neuropsykiatriske lægemidler er mislykkelsesraten endnu højere – op til 96 %. Dette skyldes, at dyremodeller oftest anvendes i de tidlige udviklingsstadier, mens MRBO bedre reproducerer den menneskelige hjernes udvikling og kan tjene som en mere præcis model.

"Skizofreni, autisme og Alzheimers sygdom påvirker hele hjernen, ikke kun bestemte områder," siger Kathuria. "Hvis vi kan forstå, hvad der går galt i de tidligste udviklingsstadier, kan vi finde nye mål for terapi og lægemiddeludvikling. Vi kan teste lægemidler direkte i disse organoider og vurdere deres effektivitet, før de når kliniske forsøg på mennesker."