Forskare har odlat en unik organoid som härmar hela hjärnan

Forskare vid Johns Hopkins University har odlat ett unikt organoid i den mänskliga hjärnan som innehåller nervvävnad och rudimentära blodkärl. Utvecklingen kan vara ett genombrott i studiet av neuropsykiatriska störningar som autism.

”Vi har skapat nästa generations organoid”, säger huvudförfattaren Annie Kathuria, biträdande professor vid JHU:s institution för biomedicinsk teknik som studerar hjärnutveckling och neuropsykiatriska sjukdomar. ”Vanligtvis skapar studier organoider som representerar bara en del av hjärnan – cortex, bakhjärnan eller mellanhjärnan. Vi kunde odla en rudimentär helhjärnsorganoid som vi kallar en multiregional hjärnorganoid (MRBO).”

Arbetet, som publiceras i tidskriften Advanced Science, är en av de första gångerna forskare har skapat en organoid som inkluderar vävnad från alla större hjärnregioner som interagerar med varandra. Detta är särskilt viktigt för att studera sjukdomar som drabbar hela hjärnan, såsom schizofreni eller autism. Hittills har sådana studier huvudsakligen utförts på djurmodeller.

För att odla MRBO odlade Kathurias team först nervceller från olika delar av hjärnan, såväl som rudimentära blodkärl, i separata skålar. De kopplade sedan samman dessa delar med hjälp av speciella "lim"-proteiner, vilket gjorde att vävnaderna kunde växa tillsammans och kommunicera. Allt eftersom organoiden växte började elektriska signaler dyka upp, vilket indikerade aktivitet i neurala nätverk.

Den skapade organoiden inkluderade ett brett spektrum av neuronala celler liknande de som finns i hjärnan hos ett mänskligt embryo på den 40:e utvecklingsdagen. Den laboratorieskapade minihjärnstrukturen lyckades reproducera cirka 80 % av de celltyper som är karakteristiska för det tidiga stadiet av mänsklig hjärnutveckling.

Även om MRBO är betydligt mindre än den verkliga hjärnan (cirka 6–7 miljoner neuroner jämfört med tiotals miljarder hos en vuxen), erbjuder den en unik plattform för att studera hjärnans utveckling som helhet.

Organoiden visade också en tidig form av blod-hjärnbarriären, ett celllager som kontrollerar passagen av ämnen in i hjärnan.

”Om vi vill förstå neurologiska utvecklingsstörningar eller psykiatriska sjukdomar måste vi arbeta med mänskliga celler. Men jag kan inte bara be någon att ’låna’ mig sin hjärna för att studera autism”, förklarar Kathuria. ”Helhjärnsorganoider gör det möjligt för oss att observera sjukdomsprogression i realtid, testa behandlingar och till och med utveckla anpassade terapier.”

Forskare noterar att användningen av sådana organoider för att testa nya läkemedel skulle kunna förbättra effektiviteten i kliniska prövningar. Idag misslyckas 85–90 % av läkemedlen i fas I-studier på människor, och för neuropsykiatriska läkemedel är misslyckandegraden ännu högre – upp till 96 %. Detta beror på att djurmodeller oftast används i de tidiga utvecklingsstadierna, medan MRBO bättre reproducerar den mänskliga hjärnans utveckling och kan fungera som en mer exakt modell.

”Schizofreni, autism och Alzheimers sjukdom påverkar hela hjärnan, inte bara specifika regioner”, säger Kathuria. ”Om vi kan förstå vad som går fel i de tidigaste utvecklingsstadierna kan vi hitta nya mål för terapi och läkemedelsutveckling. Vi kan testa läkemedel direkt i dessa organoider och bedöma deras effektivitet innan de når kliniska prövningar på människor.”