Forskere har dyrket frem et unikt organoid som etterligner hele hjernen

Forskere ved Johns Hopkins University har utviklet et unikt organoid i den menneskelige hjernen som inneholder nervevev og rudimentære blodkar. Utviklingen kan være et gjennombrudd i studiet av nevropsykiatriske lidelser som autisme.

«Vi har laget et neste generasjons organoid», sa hovedforfatter Annie Kathuria, en assisterende professor ved JHUs institutt for biomedisinsk ingeniørfag som studerer hjerneutvikling og nevropsykiatriske sykdommer. «Vanligvis skaper studier organoider som representerer bare én del av hjernen – cortex, bakhjernen eller mellomhjernen. Vi var i stand til å dyrke et rudimentært helhjerneorganoid som vi kaller et multiregionalt hjerneorganoid (MRBO).»

Arbeidet, publisert i tidsskriftet Advanced Science, er en av de første gangene forskere har laget et organoid som inkluderer vev fra alle større hjerneområder som samhandler med hverandre. Dette er spesielt viktig for å studere sykdommer som påvirker hele hjernen, som schizofreni eller autisme. Frem til nå har slike studier hovedsakelig blitt utført på dyremodeller.

For å dyrke MRBO dyrket Kathurias team først nerveceller fra forskjellige deler av hjernen, samt rudimentære blodkar, i separate skåler. Deretter koblet de disse delene sammen ved hjelp av spesielle «lim»-proteiner, slik at vevene kunne vokse sammen og kommunisere. Etter hvert som organoidet vokste, begynte elektriske signaler å dukke opp, noe som indikerte aktivitet i nevrale nettverk.

Organoidet som ble laget inkluderte et bredt spekter av nevronceller som ligner på de som finnes i hjernen til et menneskelig embryo på den 40. utviklingsdagen. Den laboratorielagde minihjernestrukturen klarte å reprodusere omtrent 80 % av celletypene som er karakteristiske for den tidlige fasen av menneskelig hjerneutvikling.

Selv om MRBO er betydelig mindre enn den virkelige hjernen (omtrent 6–7 millioner nevroner mot titalls milliarder hos en voksen), gir den en unik plattform for å studere hjernens utvikling som helhet.

Organoidet viste også en tidlig form for blod-hjerne-barrieren, et lag med celler som kontrollerer passasjen av stoffer inn i hjernen.

«Hvis vi ønsker å forstå nevroutviklingsforstyrrelser eller psykiatriske sykdommer, må vi jobbe med menneskeceller. Men jeg kan ikke bare be noen om å «låne» meg hjernen sin for å studere autisme», forklarer Kathuria. «Helhjerneorganoider lar oss observere sykdomsprogresjon i sanntid, teste behandlinger og til og med utvikle tilpassede terapier.»

Forskere bemerker at bruk av slike organoider til å teste nye legemidler kan forbedre effektiviteten i kliniske studier. I dag mislykkes 85 % til 90 % av legemidlene i fase I-studier på mennesker, og for nevropsykiatriske legemidler er mislykkelsesraten enda høyere – opptil 96 %. Dette skyldes at dyremodeller hovedsakelig brukes i de tidlige stadiene av utviklingen, mens MRBO bedre reproduserer menneskelig hjerneutvikling og kan tjene som en mer nøyaktig modell.

«Schizofreni, autisme og Alzheimers sykdom påvirker hele hjernen, ikke bare bestemte områder», sier Kathuria. «Hvis vi kan forstå hva som går galt i de tidligste stadiene av utviklingen, kan vi finne nye mål for terapi og legemiddelutvikling. Vi kan teste legemidler direkte i disse organoidene og vurdere effektiviteten deres før de når kliniske studier på mennesker.»