Mini cervelli cresciuti in laboratorio da cellule staminali hanno sviluppato spontaneamente strutture oculari rudimentali, riferiscono gli scienziati in un nuovo affascinante articolo.
Su minuscoli organoidi cerebrali di origine umana coltivati , sono state viste crescere due coppe ottiche simmetriche bilateralmente, che rispecchiano lo sviluppo delle strutture oculari negli embrioni umani. Questo incredibile risultato ci aiuterà a comprendere meglio il processo di differenziazione e sviluppo degli occhi, nonché le malattie degli occhi.
“Il nostro lavoro mette in evidenza la notevole capacità degli organoidi cerebrali di generare strutture sensoriali primitive che sono sensibili alla luce e ospitano tipi di cellule simili a quelle che si trovano nel corpo”, ha affermato il neuroscienziato Jay Gopalakrishnan dell’ospedale universitario di Düsseldorf in Germania.
“Questi organoidi possono aiutare a studiare le interazioni cervello-occhio durante lo sviluppo dell’embrione, modellare i disturbi retinici congeniti e generare tipi di cellule retiniche specifiche del paziente per test farmacologici personalizzati e terapie di trapianto”.
Gli organoidi cerebrali non sono veri cervelli, come potresti pensare. Sono piccole strutture tridimensionali cresciute da cellule staminali pluripotenti indotte – cellule raccolte da esseri umani adulti e decodificate in cellule staminali, che hanno il potenziale per crescere in molti tipi diversi di tessuto.
In questo caso, queste cellule staminali sono spinte a crescere in macchie di tessuto cerebrale, senza riprodurre nulla che assomigli a pensieri, emozioni o coscienza . Tali “mini cervelli” vengono utilizzati per scopi di ricerca in cui l’utilizzo di cervelli viventi reali sarebbe impossibile, o quanto meno eticamente complicato, ad esempio testare le risposte ai farmaci o osservare lo sviluppo cellulare in determinate condizioni avverse.
Questa volta, Gopalakrishnan ei suoi colleghi stavano cercando di osservare lo sviluppo degli occhi.
In precedenti ricerche, altri scienziati avevano utilizzato cellule staminali embrionali per coltivare coppe ottiche, le strutture che si sviluppano in quasi l’intero globo oculare durante lo sviluppo embrionale. E altre ricerche avevano sviluppato strutture ottiche simili a tazze da cellule staminali pluripotenti indotte.
Piuttosto che coltivare direttamente queste strutture, il team di Gopalakrishnan voleva vedere se potevano essere coltivate come parte integrante degli organoidi cerebrali. Ciò aggiungerebbe il vantaggio di vedere come i due tipi di tessuto possono crescere insieme, piuttosto che coltivare solo strutture ottiche in isolamento.
“Lo sviluppo dell’occhio è un processo complesso e comprenderlo potrebbe consentire di sostenere le basi molecolari delle prime malattie della retina”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo .
“Pertanto, è fondamentale studiare le vescicole ottiche che sono il primordio dell’occhio la cui estremità prossimale è attaccata al proencefalo, essenziale per la corretta formazione dell’occhio”.
Il lavoro precedente nello sviluppo di organoidi ha mostrato prove di cellule retiniche, ma queste non hanno sviluppato strutture ottiche, quindi il team ha cambiato i protocolli. Non hanno tentato di forzare lo sviluppo di cellule puramente neurali nelle prime fasi della differenziazione neurale e hanno aggiunto acetato di retinolo al terreno di coltura come aiuto per lo sviluppo degli occhi.
(Gabriel et al., Cell Stem Cell , 2021)
I loro cervelli infantili attentamente curati formavano coppe ottiche già a 30 giorni di sviluppo, con le strutture chiaramente visibili a 50 giorni. Ciò è coerente con i tempi dello sviluppo dell’occhio nell’embrione umano , il che significa che questi organoidi potrebbero essere utili per studiare le complessità di questo processo.
Ci sono anche altre implicazioni. Le coppe ottiche contenevano diversi tipi di cellule retiniche, organizzate in reti neurali che rispondevano alla luce e contenevano persino cristallino e tessuto corneale. Infine, le strutture hanno mostrato connettività retinica alle regioni del tessuto cerebrale.
“Nel cervello dei mammiferi, le fibre nervose delle cellule gangliari della retina si estendono per connettersi con i loro bersagli cerebrali, un aspetto che non è mai stato mostrato prima in un sistema in vitro”, ha detto Gopalakrishnan .
Ed è riproducibile. Dei 314 organoidi cerebrali coltivati dal team, il 73% ha sviluppato coppe ottiche. Il team spera di sviluppare strategie per mantenere queste strutture praticabili su scale temporali più lunghe per eseguire ricerche più approfondite con un enorme potenziale, hanno detto i ricercatori.
“Si possono sviluppare organoidi cerebrali contenenti vescicole ottiche che mostrano tipi di cellule neuronali altamente specializzate, aprendo la strada alla generazione di organoidi personalizzati e fogli epiteliali del pigmento retinico per il trapianto”, hanno scritto nel loro articolo .
“Riteniamo che siano organoidi di nuova generazione che aiutano a modellare le retinopatie che emergono dai primi disturbi dello sviluppo neurologico”.
La ricerca è stata pubblicata su Cell Stem Cell .
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