Een team van ingenieurs en neurowetenschappers heeft dat voor het eerst aangetoond menselijke hersenorganoïden geïmplanteerd in muizen bracht functionele connectiviteit tot stand met de cortex van de dieren en reageerde op externe sensorische prikkels.
De geïmplanteerde organoïden reageerden op dezelfde manier op visuele prikkels als de omliggende weefsels, een observatie die de onderzoekers gedurende enkele maanden in realtime konden maken dankzij een innovatief experimenteel apparaat dat netwerken van transparante grafeenmicro-elektroden en beeldvorming op twee fotonen combineert.
Madison Wilson, een promovendus aan UC San Diego, is de eerste auteur van de studie die aantoont dat organoïden van menselijke hersenen die in muizen zijn geïmplanteerd, een functionele verbinding tot stand brengen met de cortex van de dieren en reageren op externe sensorische prikkels. Afbeelding tegoed: David Baillot/UC San Diego
Het team, geleid door Duygu Kuzum, een faculteitslid van de afdeling Electrical and Computer Engineering aan de University of California, San Diego, beschrijft zijn bevindingen in de nummer van het tijdschrift Nature Communications. Het team van Kuzum werkte samen met onderzoekers van Anna Devors laboratorium aan de Universiteit van Boston; Het laboratorium van Alysson R. Muotri bij UC San Diego; en Fred H. Gage-laboratorium bij het Salk Instituut.
Menselijke corticale organoïden zijn afgeleid van door mensen geïnduceerde pluripotente stamcellen, meestal afkomstig van huidcellen. Deze hersenorganoïden zijn onlangs naar voren gekomen als veelbelovende modellen voor het bestuderen van de ontwikkeling van het menselijk brein en een reeks neurologische aandoeningen.
Maar tot nu toe had geen enkel onderzoeksteam kunnen aantonen dat organoïden van menselijke hersenen die in de cortex van muizen werden geïmplanteerd, dezelfde functionele eigenschappen konden delen en op dezelfde manier op prikkels konden reageren. De technologieën die worden gebruikt om hersenfuncties vast te leggen, zijn inderdaad beperkt en zijn over het algemeen niet in staat om activiteit vast te leggen die slechts enkele milliseconden duurt.
Het door UC San Diego geleide team kon dit probleem oplossen door experimenten te ontwikkelen die transparante grafeen-micro-elektrode-arrays combineren met twee-fotonenbeeldvorming, een microscopietechniek die levend weefsel tot een millimeter dik kan afbeelden.
« Geen enkele andere studie heeft tegelijkertijd optisch en elektrisch kunnen opnemen », zegt Madison Wilson, de eerste auteur van het artikel en Ph.D. student in de onderzoeksgroep van Kuzum aan UC San Diego. “Onze experimenten laten zien dat visuele prikkels elektrofysiologische reacties oproepen in organoïden, die overeenkomen met reacties van de omringende cortex. »
Onderzoekers hopen dat deze combinatie van innovatieve neurale opnametechnologieën om organoïden te bestuderen zal dienen als een uniek platform om organoïden uitgebreid te beoordelen als modellen voor hersenontwikkeling en ziekte, en hun gebruik als neurale prothesen te bestuderen. . .
« Deze experimentele opstelling opent ongekende mogelijkheden voor onderzoek naar disfuncties op het niveau van menselijke neurale netwerken die ten grondslag liggen aan hersenontwikkelingsziekten, » zei Kuzum.
Kuzums laboratorium ontwikkelde voor het eerst de transparante grafeenelektroden in 2014 en heeft sindsdien de technologie verder ontwikkeld. De onderzoekers gebruikten platina-nanodeeltjes om de impedantie van grafeenelektroden 100 keer te verminderen en tegelijkertijd transparant te houden. Grafeenelektroden met lage impedantie kunnen neurale activiteit zowel op macroschaal als op het niveau van individuele cellen registreren en in beeld brengen.
Door een reeks van deze elektroden over de getransplanteerde organoïden te plaatsen, konden de onderzoekers de neurale activiteit van de geïmplanteerde organoïde en de omliggende gastheercortex in realtime elektrisch registreren. Met behulp van beeldvorming met twee fotonen zagen ze ook dat muizenbloedvaten in de organoïde groeiden en de voedingsstoffen en zuurstof leverden die nodig waren voor het implantaat.
De onderzoekers pasten een visuele stimulans toe – een optische led met wit licht – op muizen met geïmplanteerde organoïden, terwijl de muizen onder twee-fotonenmicroscopie stonden. Ze observeerden elektrische activiteit in de elektrodekanalen boven de organoïden, waaruit bleek dat de organoïden op dezelfde manier op de stimulus reageerden als de omringende weefsels.
Elektrische activiteit verspreidde zich vanuit het gebied dat zich het dichtst bij de visuele cortex bevindt naar het gebied van de geïmplanteerde organoïden via functionele verbindingen. Bovendien maakte hun geluidsarme transparante grafeenelektrodetechnologie elektrische opname van piekactiviteit van de organoïde en de omliggende muizencortex mogelijk.
Grafeenopnamen toonden een toename van de kracht van gamma-oscillaties en fasevergrendeling van de toppen van de organoïden aan de langzame oscillaties van de visuele cortex van de muis. Deze resultaten suggereren dat de organoïden drie weken na implantatie synaptische verbindingen met het omliggende corticale weefsel tot stand hadden gebracht en functionele informatie van de muizenhersenen hadden ontvangen.
De onderzoekers zetten deze chronische multimodale experimenten elf weken voort en toonden de functionele en morfologische integratie van geïmplanteerde menselijke hersenorganoïden met de cortex van de gastheermuis.
Volgende stappen omvatten langere experimenten met neurologische ziektemodellen, evenals het opnemen van calciumbeeldvorming in de experimentele opstelling om piekactiviteit in organoïde neuronen te visualiseren. Andere methoden kunnen ook worden gebruikt om axonale projecties tussen de organoïde en de cortex van de muis te traceren.
“We verwachten dat deze combinatie van stamcellen en neurologische opnametechnologieën later zal worden gebruikt om ziekten onder fysiologische omstandigheden te modelleren; beoordeling van kandidaat-behandelingen op patiëntspecifieke organoïden; en het potentieel van organoïden beoordelen om specifieke verloren, gedegenereerde of beschadigde hersengebieden te herstellen, « zei Kuzum.
Bron: UCSD
!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)};if(!f._fbq)f._fbq=n;n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window,document,’script’,’https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);fbq(‘init’,’1254095111342376′);fbq(‘track’,’PageView’);{« @context »: »http:\/\/schema.org », »@type »: »article », »mainEntityOfPage »:{« @type »: »WebPage », »@id »: »https:\/\/www.etoiledeurope.com\/2023\/01\/des-organoides-du-cerveau-humain-implantes-dans-le-cortex-de-souris-repondent-aux-stimuli-visuels-pour-la-premiere-fois\/ »}, »dateCreated »: »2023-01-02 13:56:41″, »datePublished »: »2023-01-02 13:56:41″, »dateModified »: »2023-01-02 13:56:41″, »url »: »https:\/\/www.etoiledeurope.com\/2023\/01\/des-organoides-du-cerveau-humain-implantes-dans-le-cortex-de-souris-repondent-aux-stimuli-visuels-pour-la-premiere-fois\/ », »headline »: »Des organo\u00efdes du cerveau humain implant\u00e9s dans le cortex de souris r\u00e9pondent aux stimuli visuels pour la premi\u00e8re fois », »name »: »Des organo\u00efdes du cerveau humain implant\u00e9s dans le cortex de souris r\u00e9pondent aux stimuli visuels pour la premi\u00e8re fois », »articleBody »: » \r\n
<
div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\t\n
Une \u00e9quipe d’ing\u00e9nieurs et de neuroscientifiques a d\u00e9montr\u00e9 pour la premi\u00e8re fois que organo\u00efdes du cerveau humain<\/a> implant\u00e9s dans des souris ont \u00e9tabli une connectivit\u00e9 fonctionnelle avec le cortex des animaux et ont r\u00e9pondu \u00e0 des stimuli sensoriels externes. <\/strong><\/p>\n
Les organo\u00efdes implant\u00e9s ont r\u00e9agi aux stimuli visuels de la m\u00eame mani\u00e8re que les tissus environnants, une observation que les chercheurs ont pu faire en temps r\u00e9el pendant plusieurs mois gr\u00e2ce \u00e0 un dispositif exp\u00e9rimental innovant qui combine des r\u00e9seaux de micro\u00e9lectrodes transparentes en graph\u00e8ne et une imagerie \u00e0 deux photons. <\/p><\/span>\n
<
div id=\ »attachment_515865\ » style=\ »width: 1210px\ » class=\ »wp-caption aligncenter\ »>
<
p id=\ »caption-attachment-515865\ » class=\ »wp-caption-text\ »>Madison Wilson, doctorante \u00e0 l’UC San Diego, est le premier auteur de l’\u00e9tude montrant que les organo\u00efdes du cerveau humain implant\u00e9s chez la souris ont \u00e9tabli une connectivit\u00e9 fonctionnelle avec le cortex des animaux et ont r\u00e9pondu aux stimuli sensoriels externes. Cr\u00e9dit image : David Baillot\/UC San Diego<\/p><\/div>\n
L’\u00e9quipe, dirig\u00e9e par Duygu Kuzum, membre du corps professoral du d\u00e9partement de g\u00e9nie \u00e9lectrique et informatique de l’Universit\u00e9 de Californie \u00e0 San Diego, d\u00e9taille ses conclusions dans le num\u00e9ro de la revue Nature Communications<\/a>. L’\u00e9quipe de Kuzum a collabor\u00e9 avec des chercheurs de Le laboratoire d’Anna Devor<\/a> \u00e0 l’Universit\u00e9 de Boston\u00a0; Laboratoire d’Alysson R. Muotri<\/a> \u00e0 UC San Diego; et Laboratoire de Fred H. Gage<\/a> \u00e0 l’Institut Salk.<\/p>\n
Les organo\u00efdes corticaux humains sont d\u00e9riv\u00e9s de cellules souches pluripotentes induites par l’homme, g\u00e9n\u00e9ralement d\u00e9riv\u00e9es de cellules cutan\u00e9es. Ces organo\u00efdes c\u00e9r\u00e9braux sont r\u00e9cemment apparus comme des mod\u00e8les prometteurs pour \u00e9tudier le d\u00e9veloppement du cerveau humain et une gamme de conditions neurologiques. <\/p>\n
Mais jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent, aucune \u00e9quipe de recherche n’avait \u00e9t\u00e9 en mesure de d\u00e9montrer que des organo\u00efdes c\u00e9r\u00e9braux humains implant\u00e9s dans le cortex de souris \u00e9taient capables de partager les m\u00eames propri\u00e9t\u00e9s fonctionnelles et de r\u00e9agir aux stimuli de la m\u00eame mani\u00e8re. En effet, les technologies utilis\u00e9es pour enregistrer les fonctions c\u00e9r\u00e9brales sont limit\u00e9es et sont g\u00e9n\u00e9ralement incapables d’enregistrer une activit\u00e9 qui ne dure que quelques millisecondes. <\/p>
L’\u00e9quipe dirig\u00e9e par l’UC San Diego a pu r\u00e9soudre ce probl\u00e8me en d\u00e9veloppant des exp\u00e9riences qui combinent des r\u00e9seaux de micro\u00e9lectrodes en graph\u00e8ne transparent et l’imagerie \u00e0 deux photons, une technique de microscopie qui peut imager des tissus vivants jusqu’\u00e0 un millim\u00e8tre d’\u00e9paisseur. <\/p>\n
\ »Aucune autre \u00e9tude n’a \u00e9t\u00e9 en mesure d’enregistrer optiquement et \u00e9lectriquement en m\u00eame temps\ », a d\u00e9clar\u00e9 Madison Wilson, premier auteur de l’article et titulaire d’un doctorat. \u00e9tudiant dans le groupe de recherche de Kuzum \u00e0 l’UC San Diego. \ »Nos exp\u00e9riences r\u00e9v\u00e8lent que les stimuli visuels \u00e9voquent des r\u00e9ponses \u00e9lectrophysiologiques dans les organo\u00efdes, correspondant aux r\u00e9ponses du cortex environnant.\ » <\/p>\n
Les chercheurs esp\u00e8rent que cette combinaison de technologies innovantes d’enregistrement neuronal pour \u00e9tudier les organo\u00efdes servira de plate-forme unique pour \u00e9valuer de mani\u00e8re exhaustive les organo\u00efdes en tant que mod\u00e8les de d\u00e9veloppement c\u00e9r\u00e9bral et de maladie, et \u00e9tudier leur utilisation en tant que proth\u00e8ses neurales pour restaurer la fonction des r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales perdues, d\u00e9g\u00e9n\u00e9r\u00e9es ou endommag\u00e9es. . <\/p>\n
\ »Cette configuration exp\u00e9rimentale ouvre des opportunit\u00e9s sans pr\u00e9c\u00e9dent pour les enqu\u00eates sur les dysfonctionnements au niveau du r\u00e9seau neuronal humain sous-jacents aux maladies c\u00e9r\u00e9brales d\u00e9veloppementales\ », a d\u00e9clar\u00e9 Kuzum. <\/p>\n
En pla\u00e7ant un r\u00e9seau de ces \u00e9lectrodes au-dessus des organo\u00efdes transplant\u00e9s, les chercheurs ont pu enregistrer \u00e9lectriquement l’activit\u00e9 neuronale de l’organo\u00efde implant\u00e9 et du cortex h\u00f4te environnant en temps r\u00e9el. En utilisant l’imagerie \u00e0 deux photons, ils ont \u00e9galement observ\u00e9 que les vaisseaux sanguins de la souris se d\u00e9veloppaient dans l’organo\u00efde, fournissant les nutriments et l’oxyg\u00e8ne n\u00e9cessaires \u00e0 l’implant.<\/p>\n
Les chercheurs ont appliqu\u00e9 un stimulus visuel \u2013 une LED \u00e0 lumi\u00e8re blanche optique \u2013 aux souris avec des organo\u00efdes implant\u00e9s, tandis que les souris \u00e9taient sous microscopie \u00e0 deux photons. Ils ont observ\u00e9 une activit\u00e9 \u00e9lectrique dans les canaux d’\u00e9lectrodes au-dessus des organo\u00efdes montrant que les organo\u00efdes r\u00e9agissaient au stimulus de la m\u00eame mani\u00e8re que les tissus environnants.<\/p>\n
L’activit\u00e9 \u00e9lectrique s’est propag\u00e9e \u00e0 partir de la zone la plus proche du cortex visuel dans la zone des organo\u00efdes implant\u00e9s via des connexions fonctionnelles. De plus, leur technologie d’\u00e9lectrodes en graph\u00e8ne transparent \u00e0 faible bruit a permis l’enregistrement \u00e9lectrique de l’activit\u00e9 de pointe de l’organo\u00efde et du cortex de souris environnant.<\/p>\n
Les enregistrements de graph\u00e8ne ont montr\u00e9 des augmentations de la puissance des oscillations gamma et du verrouillage de phase des pointes des organo\u00efdes aux oscillations lentes du cortex visuel de la souris. Ces r\u00e9sultats sugg\u00e8rent que les organo\u00efdes avaient \u00e9tabli des connexions synaptiques avec le tissu cortical environnant trois semaines apr\u00e8s l’implantation et avaient re\u00e7u des informations fonctionnelles du cerveau de la souris.<\/p>\n
Les chercheurs ont poursuivi ces exp\u00e9riences multimodales chroniques pendant onze semaines et ont montr\u00e9 l’int\u00e9gration fonctionnelle et morphologique d’organo\u00efdes c\u00e9r\u00e9braux humains implant\u00e9s avec le cortex de la souris h\u00f4te. <\/p>\n
Les prochaines \u00e9tapes comprennent des exp\u00e9riences plus longues impliquant des mod\u00e8les de maladies neurologiques, ainsi que l’incorporation de l’imagerie calcique dans la configuration exp\u00e9rimentale pour visualiser l’activit\u00e9 de pointe dans les neurones organo\u00efdes. D’autres m\u00e9thodes pourraient \u00e9galement \u00eatre utilis\u00e9es pour tracer des projections axonales entre l’organo\u00efde et le cortex de souris. <\/p>
\u00abNous pr\u00e9voyons que, plus loin sur la route, cette combinaison de cellules souches et de technologies d’enregistrement neurologique sera utilis\u00e9e pour mod\u00e9liser la maladie dans des conditions physiologiques; examiner les traitements candidats sur des organo\u00efdes sp\u00e9cifiques au patient\u00a0; et \u00e9valuer le potentiel des organo\u00efdes pour restaurer des r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales sp\u00e9cifiques perdues, d\u00e9g\u00e9n\u00e9r\u00e9es ou endommag\u00e9es \u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Kuzum. <\/p>\n
Comment this news or article\n\t\t\t\t\t\t–>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?\nn.callMethod.apply(n ,argumenten):n.queue.push(argumenten)};if(!f._fbq)f._fbq=n;\nn.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n .wachtrij=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;\nt.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window,\ndocument,’script’,’https:\/\/connect.facebook.net\/en_US\/fbevents.js’);\nfbq(‘init ‘, ‘1254095111342376’);\nfbq(‘track’, ‘PageView’);\n\r\n
\r\n
Bronlink « , »author »:{« @type »: »Persoon », »name »: »Jovita », »url »: »https:\/\/www.etoiledeurope.com\/author\/jovita\/ »} « articleSection »:[« Technologie »],,image »:{« @type »: »ImageObject », »url »: »https:\/\/www.technology.org\/texorgwp\/wp-content\/uploads\/2023\/01\/ kuzum_lab_1200x.jpg », »width »:1920, »height »:0}, »publisher »:{« @type »: »Organisatie », »name »: » », »url »: »https:\/\/ www.etoiledeurope.com », »logo »:{« @type »: »ImageObject », »url »: » »}, »sameAs »:[« https:\/\/www.facebook.com\/etoiledeu\/ », »https:\/\/twitter.com\/etoiledeurope », »https:\/\/www.linkedin.com\/in\/etoile-d-europe-02a379247\/ », »https:\/\/etoiledeurope.tumblr.com\/ », »https:\/\/www.etoiledeurope.com\/feed », »https:\/\/www.youtube.com\/channel\/UCgYUdVCL6O03mSUj6Z5Xp1A\/playlists »]}}https://platform.twitter.com/widgets.js
Lien source
