Studium der menschlichen oligodendrozyten, die eine Isolierung für die Nerven-Zellen, wurde eine Herausforderung. Aber eine neue Art der Erstellung von stem-cell-derived, dreidimensionale Gehirn-Zellkulturen zahlt sich aus.
Für die ordnungsgemäße Funktion des Gehirns, ist es wichtig, dass bestimmte Neuronen gewickelt werden mit myelin, eine Beschichtung, verbessert die Impuls-übertragung. Fehler können Zauber-Ergebnisse reichen von zerebraler Lähmung, multiple Sklerose.
Ein besseres Verständnis von oligodendrozyten, die Gehirn Zellen, die myelin, die helfen könnten, zu korrigieren oder zu verhindern, dass diese Krankheiten. Doch während die kultivierten Neuronen wurden lange geprüft und bearbeitet, in den Bemühungen um loszubrechen, Ihre Geheimnisse, das Studium der menschlichen oligodendrozyten wurde hart. Sie sind geboren, spät in der Entwicklung des Gehirns, und Sie sind schwierig zu generieren, die neben den menschlichen Neuronen und anderen Zellen des Gehirns in einer Weise, rekapituliert die komplexen Wechselwirkungen auftreten zwischen diesen Zelltypen, wie Sie sich entwickeln.
Nun, Stanford University School of Medicine Forscher haben bewiesen, dass ein system entwickelt wurde Sie vor ein paar Jahren für die Kultivierung Kugeln stem-cell-derived human brain Zellen, die Mimische Aspekte der realen Gehirn-schaltkreise erzeugen kann, die oligodendrozyten, die zusammen mit den Neuronen, und ein Dritter Typ von Gehirnzellen genannt Astrozyten.
„Wir haben jetzt mehrere Zelltypen interagieren in einer einzigen Kultur“, sagte Sergiu Pasca, MD, assistant professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften. „Dies erlaubt uns, zu sehen close-up auf, wie die wichtigsten zellulären Spieler in das menschliche Gehirn sind, miteinander zu sprechen.“
Eine Studie über die Arbeit veröffentlicht wurde, online Jan. 28 in Nature Neuroscience. Pasca, wer leitet die Stanford Wu Tsai Neurowissenschaften Institut ist das menschliche Gehirn Organogenese-Programm, ist die Studie leitende Autor. Der führende Autor ist Doktorand Rebecca Marton.
Aus Stammzellen zu oligodendrozyten
In eine Schüssel alle drei Zelltypen entwickeln sich aus pluripotenten Stammzellen; ordnen Sie sich innerhalb von drei-dimensionalen Gehirns Kugeln oder Sphäroide—viel, wie Sie in der menschlichen vorderhirns; schrittweise Fortschritt in der Reife; und sich in lebensechte Interaktionen mit einander. Von Ihren ringside Sitze, das Stanford-Wissenschaftler spähte in oligodendrozyten Bewegungen und beobachtete, wie Sie wickeln Ihre Erweiterungen um einzelne Neuronen zu bilden, die isolierende Schichten von myelin, dass in der real-life-Gehirn-Gewebe, beschleunigt die Signalübertragung.
Die Forscher waren in der Lage zu bestimmen, welche Gene aktiv waren, in unterschiedlichen Stadien der oligodendrozyten-Entwicklung im Gehirn, die Sphäroide, und zu zeigen, dass diese gen-aktivierungsmuster waren sehr ähnlich zu denen von real-life-oligodendrozyten bei vergleichbaren Stadien der Reifung. Dies ermöglichte Ihnen, genau zu bestimmen, in dieser kultivierten oligodendrozyten, die unterschiedlichen Zeiten des Beginns der Aktivierung von mehreren Genen, die, wenn mutiert, dass Sie unterschiedliche angeborene myelination Störungen—ein Ergebnis mit möglichen Implikationen für die Modellierung dieser Störungen.
Astrozyten manifest
Viele dieser Gehirn-Sphäroide, die enthalten so viele wie 1 million Zellen, und Messen so viel wie ein Achtel von einem Zoll im Durchmesser, die überlebt haben, in der Kultur für mindestens zwei Jahre. Während dieser Zeit, einem anderen Zelltyp des Gehirns manifestiert. Diese Zellen, die sogenannten Astrozyten, zahlreicher als Nervenzellen in das Gehirn und führen viele lebenswichtige Aufgaben, von der Verwaltung Ernährung und Energieversorgung für die Neuronen, um die Leitung der Positionierung, der Bildung und der Funktionalität von Synapsen, den Kontaktstellen, über die Nervenzellen die übertragung von Informationen zu einer anderen.
In der menschlichen Großhirnrinde, die meisten Neuronen geboren, die von Woche 26 der Trächtigkeit. Astrozyten, beginnen zu erscheinen in dieser Zeit und weiter zu Reifen, für die Monate danach. Bisherige Kultur-Methoden, nicht zu halten die Zellen am Leben lange genug, um zu rekapitulieren diesen Reife-Prozess.
Menschliche oligodendrozyten auch länger dauern, um Ihr Aussehen zu machen. In höheren Regionen des Gehirns wie der Großhirnrinde, zuständig für die erweiterte kognitive Funktionen wie Entscheidungsfindung, Planung und Voraussicht, oligodendrozyten zu bilden beginnen in signifikanten zahlen um den Zeitpunkt der Geburt.
In der neuen Studie, die Forscher, verändert Ihre vorherigen Methode der Kultivierung Gehirn Sphäroide durch die Zugabe von speziellen Wachstumsfaktoren und Nährstoffe, die Förderung der oligodendrozyten-Bildung, überleben und Entwicklung. Tag 100 des Kultur-initiation, oligodendrozyten anwesend waren neben Neuronen und Astrozyten.
Mit live-imaging-Mikroskopie, Marton war in der Lage, um zu sehen, in Gehirn Sphäroide und notieren das Verhalten von oligodendrozyten, die gewesen gekennzeichnet mit einem fluoreszierenden marker. Sie Tat dies ausgiebig zwischen den Tagen 65 und 275, – überwachung verschiedener Zellen Verhalten durch Variation des Mikroskops Schärfentiefe. Die Forscher überwachten die Migration von oligodendrozyten aus Ihren Punkte von Ursprung an Ihre neuronalen Ziele.
Hochauflösende Elektronen-Mikroskopie gezeigt oligodendrozyten-Erweiterungen UMMANTELUNG neuronale Filamente innerhalb von drei bis vier Monaten der Kultur-initiation.
Wenn die Wissenschaftler ausgesetzt das Gehirn, die Sphäroide zu einem fettlösenden Emulgator, der „oligodendrozyten wurden die am meisten betroffenen,“ Pasca sagte. „Es war, als würden Sie Schmelzen.“
Generierung von Gehirn Sphäroide aus Patienten gewonnenen Hautzellen ermöglicht es medizinischen Forschern wie Pasca Studie neurologische und psychiatrische Erkrankungen, die auf eine personalisierte basis zimmerreserviereung, ohne das Sie erhalten und pflegen lebenden Hirngewebe.
Pasca-Gruppe ist auf der Suche bei einer Reihe von genetischen Erkrankungen myelination, entstehen in der fötalen Entwicklung oder der frühen kindheit. Aber oligodendrozyten – -mit Gehirn Sphäroide könnte auch als nützlich erweisen, in das Studium der demyelinisierenden Erkrankungen, wie der multiplen Sklerose und Zerebralparese—und sogar einige psychiatrische Bedingungen in der Regel nicht gedacht als myelin-assoziierten.