Исследователи используют дугообразные органоиды для изучения развития и заболеваний гипоталамуса.
Органоиды человеческого мозга — замечательные платформы для моделирования особенностей развития человеческого мозга и заболеваний. Основываясь на методах создания органоидов для моделирования различных областей мозга, таких как кора и средний мозг, исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании создали первые органоиды дугообразного ядра (ARC), важной структуры в гипоталамусе. который посылает сигналы о голоде и чувстве сытости. Эта часть гипоталамуса демонстрирует огромное разнообразие клеток и намного сложнее, чем ранее смоделированные части мозга.
В статье, опубликованной сегодня в Cell Stem Cell , исследователи из Пенсильвании сообщают о создании дугообразных органоидов (ARCO), которые моделируют ARC гипоталамуса . Предыдущие исследования генерировали двумерные гипоталамические нейроны и трехмерные гипоталамические органоиды из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Однако ранее не существовало протоколов для создания органоидов, специфичных для ядра гипоталамуса.
Исследователи применили подход машинного обучения и использовали опубликованные данные о мышах для прогнозирования популяций ARC в гипоталамусе человека на уровне отдельных клеток. Затем исследователи сравнили отдельные кластеры клеток из набора данных ARCO с предсказанными человеческими клетками ARC в неонатальном гипоталамусе человека. Используя этот подход, они определили, что ARCO демонстрируют очень похожее разнообразие типов клеток и молекулярные сигнатуры с таковыми у ARC человека.
«Эта модель дает возможность изучить ранее недоступное человеческое эмбриональное развитие дугообразного ядра гипоталамуса», — говорит старший автор исследования Го-ли Мин, доктор медицинских наук, профессор нейробиологии в Пенсильвании. «Впервые у нас есть атлас типов клеток в гипоталамусе человека, который станет планом для дальнейшего понимания развития нарушений мозга, таких как определенные причины ожирения и аутизма».
Знание о том, что дисфункция гипоталамуса может привести к таким расстройствам, как синдром Прадера-Вилли (PWS) — генетическое заболевание.вызванные потерей функции определенных генов на хромосоме 15, при которой пациенты становятся постоянно голодными, что часто приводит к ожирению и другим осложнениям, исследователи создали ИПСК у двух пациентов с известными генетическими мутациями, вызывающими СПВ, и использовали их для получения ARCO. Они показали, что ARCO, полученные от пациентов с PWS, сохраняют генные сигнатуры, специфичные для болезни и пациента. Например, один из типов клеток в ARC отвечает за регулирование лептинового ответа, который регулирует потребление пищи, и известно, что этот путь нарушает функции у пациентов с PWS. Исследователи обнаружили, что действительно существует дисфункция лептинового ответа и сигнальных путей в PWS ARCO, предполагая, что не только ARCO могут воспроизводить отдельные ядра с точки зрения разнообразия их типов клеток и молекулярных сигнатур,
«Наше исследование предоставляет масштабируемый, эффективный и надежный протокол для создания ARC-специфических органоидов, которые можно использовать для моделирования ранних процессов развития гипоталамуса и связанных с ними заболеваний головного мозга», — говорит Минг. «Я с нетерпением жду будущих исследований с участием более широкой когорты доноров с синдромом Прадера-Вилли, которые помогут нам лучше моделировать PWS в ARCOs и лучше понять потенциальную патологию расстройства на клеточном и молекулярном уровнях».
