Раннее неуправляемое моделирование органоидной нейроваскулярной ниши головного мозга человека в пермиссивной хориоаллантоической мембране эмбриона цыпленка
16 февраля 2024 г.
Здесь мы представляем протокол по приживлению органоидов головного мозга человека на нескольких стадиях созревания в хориоаллантоисную мембрану (CAM) цыплят. Органоиды головного мозга выращивались в соответствии с неуправляемыми стандартизированными протоколами.
Ключевые вопросы, на которые я стремлюсь ответить, связаны с механизмами и процессами формирования мозга человека в контексте нормального развития, а также различных патологических состояний. Это включает в себя изучение факторов, влияющих на развитие мозга, таких как генетика, окружающая среда и эпигенетические влияния. Получение органоидов мозга, которые очень похожи на мозг взрослого человека, включая васкуляризацию, функциональность гематоэнцефалического барьера, наличие микроглии и клеточное разнообразие, является сложной задачей.
Преодоление этого имеет важное значение для разработки более физиологически релевантных моделей органоидов мозга, которые могут эффективно имитировать мозг взрослого человека для улучшения клинического применения. Благодаря нашим исследованиям мы обеспечиваем оптимальные условия для трансплантации органоидов головного мозга человека в хориоаллантоисную мембрану, чтобы обеспечить хорошее развитие микроглии. Это клиническое улучшение является центральным для будущих усилий в этой области по созданию синтетической васкуляризированной среды для органоидов головного мозга.
Преимущество нашего протокола по сравнению с другими методиками заключается в его высокой эффективности и экономичности. Мы достигли высокого показателя успеха в пересадке жизнеспособных органоидов с использованием оплодотворенных яиц от фермерских кур. В будущем наша лаборатория сосредоточится на проведении функциональной оценки неоваскулярной сети, ассоциированной с органоидами, изучая возможности использования этой модели сосудистого дизайна для применения внутривенной наномедицины.
Кроме того, мы стремимся оценить биораспределение этих нанопрепаратов в центральной нервной системе человека.
Обзор
В данном исследовании представлен протокол трансплантации органоидов человеческого мозга на различных стадиях созревания в хориоаллантоическую мембрану (CAM) куриного эмбриона. Исследование направлено на повышение физиологической релевантности моделей органоидов мозга для клинического применения.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология развития
- Патология
Теоретические основы
- Органоиды человеческого мозга имеют решающее значение для изучения развития мозга.
- К основным проблемам относятся достижение васкуляризации и функциональности, сходных с мозгом взрослого человека.
- Присутствие микроглии и клеточное разнообразие необходимы для создания реалистичных моделей.
- Трансплантация органоидов в CAM может улучшить их развитие.
Цель исследования
- Для изучения механизмов формирования человеческого мозга.
- Для оптимизации условий трансплантации органоидов мозга.
- Для улучшения развития микроглии в моделях органоидов.
Используемые методы
- Трансплантация органоидов человеческого мозга в хориоаллантоическую оболочку куриного эмбриона.
- Использование стандартизированных протоколов роста органоидов без применения направляющих факторов.
- Оценка развития микроглии и васкуляризации.
- Анализ функциональности гематоэнцефалического барьера.
Основные результаты
- Успешное приживление органоидов мозга на различных стадиях созревания.
- Наблюдалось улучшение условий для развития микроглии.
- Повышение физиологической релевантности моделей органоидов для клинического применения.
- Новые данные о синтетических васкуляризированных средах для органоидов мозга.
Выводы
- В данном исследовании представлен ценный протокол трансплантации органоидов головного мозга.
- Полученные результаты способствуют пониманию механизмов развития мозга.
- Будущие исследования могут опираться на эти результаты для совершенствования моделей органоидов.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Моделирование нейроваскулярной ниши с использованием органоидов человеческого мозга, имплантированных в хориоаллантоисную мембрану (CAM) цыпленка, позволяет восполнить критический пробел в воспроизведении развития и васкуляризации человеческого мозга в доклинических системах. Данный подход обеспечивает возможность изучения клеточного созревания, цитоархитектурных изменений и развития микроглии в экономически эффективном, масштабируемом и физиологически релевантном контексте. Этот метод поддерживает валидацию целей на ранних стадиях и снижение механистических рисков для портфелей исследований в области нейроразвития и нейроваскулярных процессов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать пути нейроразвития и клеточные взаимодействия в контексте, релевантном для человека.
- Способствует механистическому снижению рисков путем моделирования влияния васкуляризированной среды на созревание органоидов.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней за счет наблюдения за стадийно-зависимыми цитоархитектоническими изменениями.
Скрининг и разработка методов анализа
- Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую платформу для оценки жизнеспособности органоидов и клеточного состава после трансплантации.
- Позволяет проводить количественную оценку глиальных и нейрональных маркеров на различных стадиях созревания.
- Обеспечивает готовность анализа для скрининга соединений в васкуляризированных системах органоидов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует принципам моделирования заболеваний, фиксируя основные этапы развития человеческого мозга в условиях, приближенных к in vivo.
- Способствует поиску трансляционных биомаркеров с помощью гистологического и клеточного анализов.
- Обеспечивает продвижение нейроваскулярных мишеней с учетом рисков, предоставляя прогностические данные об интеграции и созревании органоидов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол трансплантации служит связующим звеном между этапом первичного поиска и доклинической валидацией, позволяя проверять гипотезы в васкуляризированной, иммунологически совместимой системе.
- Основополагающая биология: обеспечивает возможность механистических исследований нейроваскулярных взаимодействий и клеточного созревания.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты анализа клеточного состава и цитоархитектоники.
- Аналитика: предоставляет гистологические и иммуногистохимические данные для сравнительного анализа различных условий.
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность от разработки органоидов in vitro до моделирования, приближенного к условиям in vivo, для сопоставления биомаркеров.
- Практическое применение: создает масштабируемую и экономически эффективную платформу, адаптируемую к различным потребностям исследований в области нейроразвития.
Операционное воздействие и влияние на предприятие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов при моделировании нейроразвития и валидации мишеней.
- Операционная ценность: Повышает уровень стандартизации, воспроизводимости и масштабируемости процессов трансплантации органоидов.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет получения надежных, физиологически релевантных данных на ранних этапах пайплайна.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию нейроваскулярных и нейроразвивающихся программ с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с культурами органоидов, знания в области эмбриологии и гистологического анализа.
- Необходим доступ к стерильному инструментарию, инкубаторам и инфраструктуре для визуализации.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости приживления и анализа.
- Метод adaptable к различным стадиям созревания органоидов и, потенциально, к другим типам тканей.
- Ограничивающим фактором является отсутствие неоваскуляризации внутри органоидов, что наблюдается в текущих результатах.
