Otak dari tabung reaksi

Para peneliti berhasil membiakkan otak manusia purba dari sel induk

Penampang organoid otak dengan daerah otak yang berbeda. Sel-sel ditunjukkan dengan warna biru, sel-sel induk neuron berwarna merah dan neuron berwarna hijau. © IMBA / Madeline A. Lancaster
membacakan

Sejauh ini, ini hanya terjadi dalam film: otak manusia dibiakkan di laboratorium yang bertindak dan berfungsi seperti pikiran yang tumbuh secara alami. Sekarang para peneliti Wina telah membuat "otak keluar dari tabung reaksi" menjadi kenyataan. Dalam bioreaktor khusus, mereka menggunakan sel induk untuk menumbuhkan tahap perkembangan awal otak manusia. Antara lain, model otak yang hidup ini akan memfasilitasi penelitian terhadap kerusakan otak, seperti yang dilaporkan para peneliti di jurnal Nature.

Otak manusia adalah organ paling kompleks yang diproduksi alam. Karena perkembangan otak manusia pada dasarnya berbeda dari pada hewan, sulit untuk mempelajari pembentukan organ yang menarik ini dalam model hewan. Pada saat yang sama, tidak semua pertanyaan dapat diklarifikasi dengan pemindaian otak manusia. Oleh karena itu para peneliti telah mencari beberapa waktu untuk cara mereproduksi perkembangan otak manusia secara virtual "dalam tabung reaksi". "Model semacam itu memiliki potensi besar untuk penelitian penyakit dan pengembangan obat, " kata penulis senior Jürgen Knoblich dari Institute of Molecular Biotechnology di University of Vienna.

Dia dan rekan-rekannya sekarang telah mengambil langkah penting dalam hal ini dengan membiakkan tahap awal perkembangan otak manusia dalam bioreaktor yang dirancang khusus. Bahan awal untuk "otak mini" ini adalah sel induk embrionik dan disebut sel induk pluripoten terinduksi (sel iPS) - sel induk yang diperoleh dari sel dewasa pasien dan kemudian kembali ke keadaan semu-embrionik. "Sel induk manusia memiliki kemampuan luar biasa untuk mengatur diri mereka sendiri, " kata peneliti. "Ketika sel dibiarkan sendiri, mereka membentuk struktur yang sangat kompleks yang dapat digunakan untuk mempelajari aktivitas sel saraf dan komunikasi sel."

Dari sup sel induk hingga otak awal

Sel-sel induk ditempatkan dalam sistem kultur 3D khusus, yang menjiwai sel untuk membentuk tipe dan struktur sel khas otak. "Setelah delapan hingga sepuluh hari, jaringan saraf berkembang dalam kultur, dan setelah 20 hingga 30 hari, sel-sel telah berevolusi menjadi daerah otak yang berbeda, " jelas Madeline Lancaster, penulis pertama studi tersebut. Rata-rata, organoid otak yang dihasilkan dapat meniru pembentukan struktur otak sampai minggu ke sembilan kehamilan. Setelah waktu ini, pembuluh darah biasanya mengambil suplai oksigen ke jaringan otak. Karena ini belum bisa dikembangbiakkan dalam model, tahap perkembangan otak selanjutnya belum dapat dihasilkan, jelas para peneliti.

Sistem bioreaktor untuk mengolah organoid. IMBA / Magdalena Renner

Percobaan dengan bioreaktor menunjukkan bahwa sel-sel batang membentuk berbagai jenis sel otak dan sel-sel ini mengatur diri mereka dengan cara yang sangat tepat dan tepat, seperti pada otak embrionik. Karena metode kultur khusus, itu mungkin untuk mereplikasi tahap perkembangan awal dari otak besar serta struktur otak lainnya seperti hippocampus. "Keuntungan utama dari sistem baru ini adalah kondisi kultur yang dioptimalkan, yang telah secara signifikan meningkatkan kecocokan antara kultur dan perkembangan otak yang sebenarnya, " kata Lancaster. pameran

Membantu dalam meneliti cacat otak bawaan

Para peneliti tidak hanya membiakkan organoid seperti otak, tetapi juga menggunakannya sebagai model untuk reproduksi cacat otak. Apa yang disebut mikrosefali berada di latar depan - karena cacat pada tahap awal perkembangan otak, penyakit ini biasanya dikaitkan dengan cacat mental karena otak yang jelas terlalu kecil. Dalam karya mereka sebelumnya, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa pada tahap-tahap muda perkembangan otak ini, arah di mana sel membelah adalah penting. Karena pasokan neuron tanpa hambatan dari reservoir sel induk dan posisi mereka yang benar di tujuan di korteks serebral adalah prasyarat penting untuk perkembangan otak.

Meskipun mikrosefali telah dieksplorasi dalam model tikus, cacat genetik yang sama dalam kasus ini tidak mengarah pada sindrom yang sama seperti pada manusia. "Menggunakan sistem kami yang baru dikembangkan, kami berhasil mereplikasi mikroencephals dari sel induk manusia dalam kultur. Di masa depan, kami juga ingin menciptakan kembali dan mengeksplorasi penyakit lain yang mungkin terkait dengan gangguan perkembangan otak, seperti autisme atau skizofrenia, "simpul Knoblich, yang merangkum potensi temuannya.

Reproduksi struktur otak manusia dalam sistem budaya juga dapat menjadi penting dalam industri farmasi dan kimia di masa depan. Sebagai contoh, kultur memungkinkan pengujian obat terhadap kerusakan otak dan gangguan neurologis lainnya, dan memungkinkan studi efek bahan kimia pada tahap awal perkembangan otak. (Alam, 2013;

doi: 10.1038 / nature12517)

(Universitas Wina, 29.08.2013 - NPO)