ارگانوئیدهای قشر انسانی کاشته شده در موش ها اتصال عملکردی ایجاد می کنند و به محرک های حسی پاسخ می دهند

هیچ مطالعه دیگری قادر به ثبت همزمان نوری و الکتریکی نبوده است. آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که محرک‌های بصری پاسخ‌های الکتروفیزیولوژیکی را در ارگانوئیدها برمی‌انگیزد، و با پاسخ‌های قشر اطراف همخوانی دارد.

کوزوم گفت: «این مجموعه آزمایشی فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای بررسی اختلالات در سطح شبکه عصبی انسان که زمینه‌ساز بیماری‌های مغزی رشدی هستند، باز می‌کند.

ما تصور می‌کنیم که در ادامه مسیر، این ترکیبی از سلول‌های بنیادی و فناوری‌های ثبت عصبی برای مدل‌سازی بیماری در شرایط فیزیولوژیکی، بررسی درمان‌های کاندید بر روی ارگانوئیدهای خاص بیمار و ارزیابی پتانسیل ارگانوئیدها برای بازیابی از دست رفته، تحلیل رفته یا آسیب‌دیده مورد استفاده قرار گیرد. کوزوم گفت: مناطق مغز.

محققان امیدوارند که این ترکیبی از فناوری‌های نوآورانه ضبط عصبی برای مطالعه ارگانوئیدها به عنوان یک پلت فرم منحصر به فرد برای ارزیابی جامع ارگانوئیدها به عنوان مدل‌هایی برای رشد و بیماری مغز و بررسی استفاده از آنها به عنوان پروتزهای عصبی برای بازگرداندن عملکرد به مناطق از دست رفته، تحلیل رفته یا آسیب‌دیده مغز عمل کند. .

تیم UC San Diego توانست این مشکل را با توسعه آزمایش‌هایی که ترکیبی از آرایه‌های میکروالکترود ساخته شده از گرافن شفاف و تصویربرداری دو فوتونی است، حل کند، یک تکنیک میکروسکوپی که می‌تواند بافت زنده را تا ضخامت یک میلی‌متر تصویر کند.

اما تا به حال، هیچ تیم تحقیقاتی نتوانسته بود نشان دهد که ارگانوئیدهای مغز انسان کاشته شده در قشر موش قادر به اشتراک گذاری ویژگی های عملکردی یکسان هستند و به محرک ها به روشی مشابه واکنش نشان می دهند. این به این دلیل است که فناوری‌های مورد استفاده برای ثبت عملکرد مغز محدود هستند و به طور کلی قادر به ثبت فعالیت‌هایی نیستند که تنها چند میلی‌ثانیه طول بکشد.

مرجع مجله:

مراحل بعدی شامل آزمایش‌های طولانی‌تر شامل مدل‌های بیماری‌های عصبی، و همچنین ترکیب تصویربرداری از کلسیم در مجموعه آزمایشی برای تجسم فعالیت اسپک در نورون‌های ارگانوئیدی است. روش‌های دیگری نیز می‌تواند برای ردیابی برآمدگی‌های آکسونی بین ارگانوئید و قشر موش استفاده شود.

ارگانوئیدهای قشر انسان از سلول های بنیادی پرتوان القا شده توسط انسان، که معمولاً خود از سلول های پوست مشتق می شوند، مشتق می شوند. این ارگانوئیدهای مغزی اخیراً به عنوان مدل های امیدوارکننده ای برای مطالعه رشد مغز انسان و همچنین طیف وسیعی از شرایط عصبی ظاهر شده اند.

محققان یک محرک بصری – یک LED نور سفید نوری – روی موش‌های دارای ارگانوئیدهای کاشته شده اعمال کردند، در حالی که موش‌ها زیر میکروسکوپ دو فوتونی قرار داشتند. آنها فعالیت الکتریکی را در کانال های الکترود بالای ارگانوئیدها مشاهده کردند که نشان می دهد ارگانوئیدها به محرک به همان روشی که بافت اطراف واکنش نشان می دهند، واکنش نشان می دهند. فعالیت الکتریکی از نزدیک ترین ناحیه به قشر بینایی در ناحیه ارگانوئیدهای کاشته شده از طریق اتصالات عملکردی منتشر می شود. علاوه بر این، فناوری الکترود گرافن شفاف با نویز کم آنها، ضبط الکتریکی فعالیت اسپک را از ارگانوئید و قشر موش اطراف آن امکان پذیر می کند. ضبط گرافن افزایش قدرت نوسانات گاما و قفل شدن فاز سنبله ها از ارگانوئیدها به نوسانات آهسته از قشر بینایی موش را نشان داد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ارگانوئیدها سه هفته پس از کاشت، ارتباطات سیناپسی با بافت قشر اطراف آن برقرار کرده‌اند و ورودی عملکردی را از مغز موش دریافت کرده‌اند. محققان این آزمایش‌های چندوجهی مزمن را به مدت یازده هفته ادامه دادند و ادغام عملکردی و مورفولوژیکی ارگانوئیدهای کاشته‌شده مغز انسان با قشر موش میزبان را نشان دادند.

مدیسون ویلسون، اولین نویسنده مقاله و دکترا. دانشجوی گروه تحقیقاتی Kuzum در UC San Diego

آزمایشگاه کوزوم برای اولین بار در سال 2014 الکترودهای گرافن شفاف را توسعه داد و از آن زمان تاکنون این فناوری را ارتقا داده است. محققان از نانوذرات پلاتین برای کاهش 100 برابری امپدانس الکترودهای گرافن و در عین حال شفاف نگه داشتن آنها استفاده کردند. الکترودهای گرافن با امپدانس پایین قادر به ثبت و تصویربرداری از فعالیت عصبی در هر دو سطح کلان و تک سلولی هستند.

این کار از طریق مؤسسه ملی بهداشت و شورای تحقیقات نروژ و همچنین بنیاد ملی علوم تأمین شد.