Als gevolg van talloze praktische en ethische beperkingen, is er een groot deel van de moeite bij het bestuderen van het menselijk brein. Terwijl studies met behulp van knaagdieren zijn van cruciaal belang voor ons begrip van het menselijk brein, de muis hersenen heeft veel verschillen1,2. Interessant is dat muizen een neuronale dichtheid hebben die minstens 7 keer minder is dan de primatenhersenen3,4. Hoewel primaten zijn dichter bij de mens dan knaagdieren vanuit een evolutionair oogpunt, is het niet praktisch voor de meeste onderzoekers om te werken met hen. Het doel van dit protocol was om vele belangrijke kenmerken van het menselijk brein samen te vatten met behulp van een vereenvoudigde en minder dure methode zonder de noodzaak van een heterologe kelder membraan matrix of exogene groeifactoren met behoud van de hersenen cel diversiteit en cellulaire organisatie.
Formatief werk van het Sasai-lab gebruikte de serumvrije kweek van embryoïde lichamen (SFEBq) methode om twee- en driedimensionale neuronale celtypen te genereren uit gesignaleerde embryonale stamcellen (EsCs)5,6. Veel menselijke hersenorganoïde methoden hebben een relatief vergelijkbaar pad gevolgd van gesignaleerde SER's7,8. In tegenstelling, dit protocol begint met clusters van vrijstaande menselijke EsCS (hESCs), vergelijkbaar met de eerste stappen van het baanbrekende werk van de Thomson en Zhang laboratoria voorafgaand aan de beplating stappen9,10 evenals de eerste stap van de hersenen organoïde protocol van het Pasca laboratorium vóór de toevoeging van exogene groeifactoren11. Kelder membraan matrices (bijvoorbeeld matrigel) zijn gebruikt in vele hersenen organoïde protocollen en het is aangetoond dat een effectieve steiger8. Echter, meest gebruikte kelder membraan matrices komen niet zonder complicaties als ze co-zuiveren met onbekende hoeveelheden groeifactoren met batch tot batch variabiliteit tijdens de productie12. Bovendien kunnen deze matrices beeldvorming bemoeilijken en het risico op besmetting en kosten verhogen.
Terwijl menselijke hersenorganoïden kunnen worden gebruikt om veel vragen te beantwoorden, zijn er bepaalde beperkingen om in gedachten te houden. Voor een, uitgaande van embryonale stamcellen, organoïden lijken meer op onrijpe hersenen dan oude hersenen en als zodanig misschien niet ideale modellen voor ziekten die zich voordoen op oudere leeftijd, zoals de ziekte van Alzheimer. Ten tweede, terwijl ons protocol markers van voorhersenen, midbrain en hindbrain ontwikkeling gevonden die nuttig zijn om het effect van een behandeling of ziekte op cellen uit meerdere hersengebieden in overleg te bestuderen, andere protocollen kunnen worden gevolgd om zich te concentreren op specifieke hersengebieden13,14. Ten slotte is een andere beperking van organoïde modellen die van grootte, terwijl de gemiddelde lengte van een menselijk brein ongeveer 167 mm, hersenorganoïden gemaakt met het gebruik van agitatie groeien tot 4 mm8 en de organoïden gevormd door dit protocol groeien tot 1-2 mm door 10 weken. Niettemin, dit protocol biedt een belangrijk instrument om menselijk hersenweefsel en de interactie van meerdere celtypes te bestuderen.