Microiniezione mirata ed elettroporazione di organoidi cerebrali di primati per la modificazione genetica

Il nostro campo di ricerca è lo sviluppo e l'evoluzione del cervello dei primati. Stiamo cercando di capire i fattori alla base dell'espansione neocorticale nei primati. Per affrontare questa domanda in modo pratico ed eticamente giustificabile, utilizziamo organoidi cerebrali come modello di ricerca.

Recentemente sono emerse differenze nello sviluppo del cervello tra gli esseri umani moderni, noi e i neanderthal. Queste differenze sono dovute a un piccolo numero di cambiamenti aminoacidici nelle proteine con ruoli chiave nello sviluppo del cervello. Gli organoidi cerebrali sono stati un sistema modello cruciale in questi studi.

Lo studio dello sviluppo dei primati da un punto di vista evolutivo che conduce studi di guadagno e perdita di funzione è importante. Tuttavia, le scimmie, compresi gli esseri umani, naturalmente non possono essere utilizzate per tali esperimenti, quindi la modificazione genetica degli organoidi svolge un ruolo vitale in questo campo. Mentre lavoravo come postdoc nel mio laboratorio, Michael Heide ha dimostrato che il gene specifico umano ARHGAP11B era un attore chiave nell'aumentare le dimensioni del cervello durante l'evoluzione umana.

Come leader del gruppo presso il German Primate Center ora, Michael ha contribuito a un'intuizione cruciale confrontando organoidi cerebrali umani rispetto a quelli degli scimpanzé. Il nostro protocollo offre un approccio mirato per le modificazioni genetiche mediante micro iniezione di specifiche strutture simili a ventricoli invece di cuvette di elettroporazione commerciali. Questo approccio utilizza una configurazione economica che include elettroporatore a onda quadra e camera dell'elettrodo a piastra di Petri invece di costose soluzioni di effettori nucleari.

Mentre studiare la funzione e lo sviluppo del cervello nei primati mediante modificazione genetica è tecnicamente possibile, è metodologicamente impegnativo, costoso e non consentito per le grandi scimmie. L'elettroporazione degli organoidi cerebrali dei primati fornisce un approccio rapido ed economico per introdurre modifiche genetiche in un modello vicino allo sviluppo del cervello dei primati. In futuro, vorremmo concentrarci sulla caratterizzazione di geni differenzialmente espressi nella corteccia di diverse specie di primati.

Studieremo questi geni mediante elettroporazione di organoidi cerebrali di primati e analizzeremo i loro potenziali effetti sulle cellule progenitrici corticali.