Generación y análisis posterior de transcriptomas de una sola célula y de un solo núcleo en organoides cerebrales
29 de marzo de 2024
Aquí, presentamos un protocolo integral para la generación y el análisis posterior de organoides cerebrales humanos utilizando la secuenciación de ARN de una sola célula y un solo núcleo.
Estamos desarrollando y optimizando modelos de organoides con el fin de aplicarlos en el modelado de enfermedades. Nuestro objetivo es comprender el mecanismo molecular que subyace al desarrollo y la progresión de la enfermedad, y estamos trabajando en estrecha colaboración con el laboratorio de Nikolaus Rajewsky, quien está desarrollando y aplicando las tecnologías unicelulares y espaciales para comprender cómo el ARN regula la expresión génica en la salud y la enfermedad. En los últimos años, los organoides cerebrales han surgido como plataformas experimentales y traslacionales para estudiar enfermedades específicas de los pacientes.
Por lo tanto, no es de extrañar que los desarrollos más recientes apunten a mejorar la complejidad de los modelos de organoides cerebrales. Por ejemplo, ahora somos capaces de generar organoides específicos de la región del cerebro y también utilizar organoides cerebrales para ensamblajes de múltiples organoides. Además, se han implementado varios métodos para introducir células de vascularización e inmunitarias en los organoides cerebrales.
Actualmente, una de las tecnologías más avanzadas en investigación que estamos utilizando en este laboratorio es la transcriptómica espacial, que permite la evaluación de la expresión génica dentro de tejido intacto. Esto es crucial para comprender cómo varían los perfiles de expresión génica de diferentes tipos de células en diferentes regiones dentro de un tejido. Otro avance reciente que se ha realizado es la multiómica de una sola célula, que permite el análisis de múltiples módulos de una sola célula, lo que da un enfoque más holístico en el análisis de estas células.
Empleamos organoides cerebrales y métodos de transcriptómica espacial y unicelular para comprender los mecanismos subyacentes de enfermedades humanas como el síndrome de Leigh y la encefalitis por herpes simple. Además, desarrollamos métodos de transcriptómica espacial de alta resolución y rentables llamados Open-ST. Comparamos y optimizamos el método de secuenciación de ARN de una sola célula y de un solo núcleo para comprender qué tan bien se desempeñan con respecto a la recuperación del tipo de célula en el tejido organoide cerebral.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo integral para la generación de organoides cerebrales humanos y su análisis mediante secuenciación de ARN a nivel de una sola célula. La investigación tiene como objetivo mejorar la modelización de enfermedades mediante técnicas avanzadas de organoides.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Tecnología de organoides
- Secuenciación de ARN
Antecedentes
- Los organoides cerebrales sirven como plataformas para estudiar enfermedades específicas de pacientes.
- Los avances recientes se centran en aumentar la complejidad de los modelos de organoides.
- La colaboración con el laboratorio de Nikolaus Rajewsky mejora la comprensión de la regulación del ARN.
- Los organoides pueden generarse para representar regiones cerebrales específicas.
Objetivo del estudio
- Desarrollar modelos de organoides para la modelización de enfermedades.
- Investigar los mecanismos moleculares del desarrollo y progresión de enfermedades.
- Mejorar la complejidad de los modelos de organoides cerebrales para obtener mejores resultados en la investigación.
Métodos Utilizados
- Generación de organoides cerebrales humanos.
- Secuenciación de ARN a nivel de célula individual para análisis.
- Colaboración con laboratorios especializados para técnicas avanzadas.
- Ensamblajes de múltiples organoides para estudios integrales.
Resultados principales
- Generación exitosa de organoides específicos de regiones cerebrales.
- Mejor comprensión del papel del ARN en la expresión génica.
- Desarrollo de sistemas multiorganoides para la modelización de enfermedades complejas.
- Conocimientos sobre los mecanismos moleculares de las enfermedades.
Conclusiones
- Los organoides cerebrales son valiosos para estudiar los mecanismos de las enfermedades.
- Los modelos avanzados de organoides pueden conducir a una mejor comprensión de las enfermedades.
- La colaboración y la integración de tecnologías son clave para el progreso.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La transcriptómica de célula individual y de núcleo individual en organoides cerebrales permite la obtención de mapas de alta resolución de la diversidad celular y de la expresión génica, apoyando directamente la modelización de enfermedades y la reducción mecanicista de riesgos en neurobiología. Estos enfoques proporcionan una confianza predictiva para la validación de dianas y el análisis de vías en las fases iniciales del descubrimiento, especialmente en tejidos complejos y heterogéneos. La integración de estos métodos en los flujos de I+D acelera los conocimientos traslacionales y las decisiones de cartera ajustadas al riesgo en el descubrimiento de fármacos para el SNC.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite el análisis de vías relevantes para enfermedades y de la heterogeneidad celular en modelos cerebrales derivados de humanos.
- Apoya la validación funcional de dianas al resolver tipos celulares neuronales y no neuronales con resolución a nivel de célula individual.
- Facilita la desvinculación mecanicista mediante la vinculación de perfiles de expresión génica con fenotipos de enfermedad.
- Mejora la confianza predictiva para avanzar dianas a través del proceso de descubrimiento.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Prepara sistemas de organoides validados para cribado de compuestos y genómica funcional posterior.
- Normaliza protocolos de disociación y aislamiento de núcleos para garantizar la reproducibilidad y resultados cuantitativos.
- Posibilita la preparación escalable de bibliotecas y flujos de trabajo de secuenciación para análisis de alto rendimiento.
- Proporciona conjuntos de datos robustos para la evaluación fiable de intervenciones candidatas.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea los perfiles transcriptómicos de organoides con biomarcadores relevantes para la enfermedad, garantizando continuidad traslacional.
- Permite modelar trastornos del sistema nervioso central específicos del paciente y de regiones específicas en entornos preclínicos.
- Posibilita decisiones de avance ajustadas al riesgo mediante la vinculación de mecanismos moleculares con resultados fenotípicos.
- Facilita la integración de multi-ómica y transcriptómica espacial para una modelización integral de enfermedades.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
La transcriptómica de célula individual y de núcleo individual sitúa a los organoides cerebrales como un puente desde el descubrimiento inicial hasta la identificación de candidatos y la validación preclínica en la investigación del sistema nervioso central.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al resolver la expresión génica específica de cada tipo celular.
- Selección: Proporciona resultados transcriptómicos cuantitativos y reproducibles para el desarrollo de ensayos y la priorización de compuestos.
- Análisis: Ofrece conjuntos de datos de alta dimensión para el análisis comparativo de condiciones experimentales y modelos de enfermedades.
- Investigación Traslacional: Alinea las firmas moleculares en organoides con biomarcadores clínicos para aumentar la relevancia traslacional.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para la modelización de diversas enfermedades del sistema nervioso central y estudios mecanicistas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de dianas del SNC.
- Valor operativo: Estandariza protocolos para lograr reproductibilidad y escalabilidad entre distintos equipos de investigación.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones informadas de avance o interrupción del proyecto y una gestión eficiente del portafolio en términos de capital.
- Impacto en el portafolio: Facilita la priorización y el avance de programas para el SNC ajustados al riesgo.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cultivo de organoides, disociación y protocolos de secuenciación de células/núcleos individuales.
- Exige acceso a plataformas de secuenciación basadas en microfluídica e infraestructura analítica avanzada.
- Necesita la estandarización entre equipos de los protocolos para garantizar la comparabilidad de los datos.
- Puede requerir adaptaciones para diferentes modelos de organoides o contextos de enfermedad.
- Depende de una preparación de muestras de alta calidad para asegurar un análisis robusto en pasos posteriores.
