Organoidi cerebrali che simulano attività elettriche dei cervelli usati per testare farmaci

Mini organoide cerebrale con tessuto neurale stratificato e diversi tipi di cellule neurali (credito: UCLA Broad Stem Cell Research Center/Nature Neuroscience)

Organoidi cerebrali con tanto di onde cerebrali che si autoorganizzano con attività paragonabili a quelle che avvengono nel cervello umano sono stati realizzati da un team i ricercatori dell’Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research dell’UCLA.[1] Lo studio che descrive questa struttura 3D fatta partendo da cellule staminali umane è stato pubblicato su Nature Neuroscience.[2]

Organoidi che assomigliano molto al vero tessuto cerebrale

Bennett Novitch, autore senior dello studio, spiega che questi risultati mostrano che possono essere creati organoidi che assomigliano molto al vero tessuto cerebrale degli esseri umani e che questi si organoidi possono essere usati per replicare le caratteristiche del cervello e molte patologie correlate in modo da effettuare studi molto più approfonditi senza il bisogno di far ricorso a campioni umani, quali cellule cerebrali in laboratorio, oppure studi sui cervelli viventi.

Sindrome di Rett

Ad esempio i ricercatori hanno studiato la sindrome di Rett, uno disturbo neurologico, negli organoidi cresciuti laboratorio e realizzati a partire dai cellule staminali derivate dai pazienti. In particolare i ricercatori erano in grado di osservare i modelli dell’attività elettrica simili alle convulsioni che avvengono nel cervello umano e che sono una delle caratteristiche di questa patologia.[1]

Che cosa sono gli organoidi

Gli organoidi vengono realizzati grazie all’utilizzo delle cosiddette cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) far. Si tratta di cellule derivanti da cellule a loro volta prelevate da tessuti o da organi umani, come la pelle o il sangue. Con queste cellule si possono poi formare, in laboratorio, altre cellule del corpo, inclusi gli stessi neuroni. Le cellule possono essere assemblate in strutture tridimensionali e possono dunque essere creati dei veri e propri organoidi, strutture simili agli organi umani in miniatura.

Organoidi di cervelli umani

Una delle cose più difficili, però, quando si creano organoidi di cervelli umani è rappresentare anche tutte quelle tipologie di segnali elettrici che avvengono nel nostro cervello in risposta agli stimoli nonché le onde coordinate di varie attività denominate oscillazioni neurali o onde cerebrali. Si tratta di caratteristiche essenziali da imitare perché diverse malattie neurologiche possono essere studiate solo analizzando queste funzioni, come spiega Ranmal Samarasinghe,, ricercatore del Broad Stem Cell Research Center e primo autore dello studio.[1]

Cellule prelevate da persone con sindrome di Rett

Gli organoidi cerebrali realizzati dai ricercatori sono stati fatti partendo da cellule prelevate da persone con sindrome di Rett, una patologia genetica che può portare a convulsioni e ritardi dell’apprendimento. Le oscillazioni neurali degli organoidi cerebrali creati dai ricercatori erano veloci e disorganizzate proprio come quelle che vengono rilevate tramite gli elettroencefalogrammi delle persone con la sindrome di Rett o con disturbi correlati.
I ricercatori hanno anche provato a trattare l’organoide con un farmaco sperimentale denominato Pifithrin-alfa: le “convulsioni” negli organoidi cerebrali scomparivano e l’attività neurale diventava più stabile.[1]

Analizzare una ampia gamma di funzioni cerebrali

Si tratta di risultati che mostrano che gli organoidi cerebrali possono essere usati anche per analizzare una ampia gamma di funzioni cerebrali nonché di disturbi e effetti di vari farmaci che non possono essere analizzati usando solo cellule cerebrali un
piatto di Petri. “Questo è uno dei primi esempi tangibili di test di un farmaco in azione in un organoide cerebrale”, spiega Samarasinghe, che è anche assistente professore di neurologia. “Speriamo che serva da trampolino di lancio verso una migliore comprensione della biologia del cervello umano e delle malattie del cervello”.[1]

Note e approfondimenti

  1. Scientists develop brain organoids with complex neural activity | UCLA (IA)
  2. Identification of neural oscillations and epileptiform changes in human brain organoids | Nature Neuroscience (IA) ( Identificazione delle oscillazioni neurali e dei cambiamenti epilettiformi negli organoidi del cervello umano) (DOI: 10.1038/s41593-021-00906-5)

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