Modelul Creierului Uman
O echipă de cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) a dezvoltat un model 3D al țesutului cerebral uman, care include toate cele șase tipuri majore de celule ale creierului, precum neuroni, celule gliale și componente vasculare. Acest model își propune să faciliteze cercetarea personalizată a bolilor neurologice și descoperirea de medicamente.
Ce Este miBrain?
Modelele create, denumite „miBrains” (Creiere Multicelulare Integrate), sunt realizate din celule stem pluripotente induse (iPSC) obținute de la donatori umani. Acestea pot fi personalizate genetic, oferind un instrument valoros pentru investigarea bolilor neurologice și dezvoltarea de tratamente personalizate. Fiecare unitate miBrain are dimensiunea unei monede de 50 de bani și reproduce fidel structura și interacțiunile din țesutul cerebral uman, permițând cercetătorilor să observe comportamentul complex al celulelor în condiții controlate.
Alternativa la Modelele Animale
Platforma, detaliată într-un studiu publicat în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), reprezintă o alternativă mai realistă față de modelele animale, depășind unele dintre limitările acestora. Modelele miBrain combină avantajele culturilor celulare tradiționale, fiind rapide și ușor de manipulat, cu complexitatea biologică a creierului viu.
Auto-Reconstruirea Celulelor
Celulele se auto-asamblează în structuri funcționale, inclusiv rețele neuronale active, vase de sânge și o barieră hemato-encefalică care controlează substanțele ce pot pătrunde în țesutul cerebral. Această capacitate este vitală pentru testarea eficientă a medicamentelor și pentru înțelegerea mecanismelor de protecție ale creierului.
Mediul de Dezvoltare
Pentru a crea un mediu propice dezvoltării, cercetătorii au utilizat un „neuromatrix” pe bază de hidrogel, care imită matricea extracelulară a creierului. Amestecul special de polizaharide și proteoglicani oferă suport atât fizic, cât și chimic pentru toate tipurile de celule, facilitând maturizarea neuronilor funcționali. De asemenea, echipa a stabilit proporțiile ideale între diferitele tipuri de celule pentru a recrea unități neurovasculare active, proces ce a fost experimentat cu mare atenție pentru a obține un echilibru optim.
Teste pentru Boala Alzheimer
Unul dintre primele experimente realizate cu platforma miBrain a avut ca obiectiv gena APOE4, care este cel mai semnificativ marker genetic asociat bolii Alzheimer. Prin integrarea astrocitelor ce poartă această variantă în modelele 3D, cercetătorii au observat modificări majore în interacțiunile celulare, precum și o creștere a nivelurilor de proteine legate de boală, cum ar fi amiloidul și tau fosforilat.
Interacțiunile Celulare
Experimentele au demonstrat că reacțiile patologice sunt influențate de „dialogul molecular” dintre astrocite și microglia, celulele imune ale creierului. Aceste constatări oferă dovezi suplimentare cu privire la rolul interacțiunilor celulare în progresia bolii Alzheimer.
Instrument Esential pentru Medicină Personalizată
Rezultatele sugerează că miBrains ar putea deveni un instrument esențial în descoperirea de noi ținte terapeutice și pentru testarea rapidă a medicamentelor, fără a necesita utilizarea modelelor animale. Echipa de cercetători de la MIT plănuiește să îmbunătățească și mai mult platforma, integrând fluxuri microfluidice pentru a simula circulația sanguină și aplicând tehnici de secvențiere la nivel de celulă unică, pentru o cartografiere mai detaliată a neuronilor.
Direcții Viitoare în Cercetare
Complexitatea și flexibilitatea sistemului miBrain deschid noi căi în explorarea și personalizarea studiilor asupra creierului. Fiecare model poate fi adaptat la genomul unui individ, ceea ce apropie medicina personalizată de o realitate concretă. Alice Stanton, coordonator principal al studiului, a subliniat importanța acestor realizări în avansarea cercetării neurologice.
Colaborare Interdisciplinară
Studiul a fost realizat printr-o colaborare între MIT Picower Institute for Learning and Memory, Koch Institute for Integrative Cancer Research și Icahn School of Medicine at Mount Sinai. Această asociere subliniază importanța colaborării interdisciplinare în domeniul cercetării biomedicale și în dezvoltarea de soluții inovatoare pentru tratarea bolilor neurologice.
