Para saintis telah mengembangkan lebih daripada 400 jenis sel saraf daripada sel stem

Sel saraf bukan sahaja sel saraf. Apabila anda melihatnya dengan cukup terperinci, anggaran terkini menunjukkan bahawa terdapat beberapa ratus atau bahkan beberapa ribu jenis sel saraf yang berbeza di dalam otak manusia. Jenis ini berbeza dalam fungsinya, bilangan dan panjang prosesnya, dan cara ia bersambung antara satu sama lain. Mereka melepaskan neurotransmitter yang berbeza ke dalam sinaps, dan bergantung pada kawasan otak-korteks serebrum atau otak tengah, sebagai contoh-jenis sel yang berbeza aktif.

Apabila saintis mengembangkan sel saraf daripada sel stem dalam hidangan petri untuk eksperimen, mereka tidak dapat mengambil kira semua kepelbagaian ini. Sehingga baru-baru ini, penyelidik telah membangunkan kaedah untuk mengembangkan hanya beberapa dozen jenis sel saraf secara in vitro. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pendekatan kejuruteraan genetik atau menambahkan molekul isyarat untuk mengaktifkan laluan isyarat intraselular tertentu. Tetapi mereka tidak pernah mendekati untuk menangkap kepelbagaian ratusan atau ribuan jenis sel saraf yang wujud dalam badan.

"Neuron yang diperoleh daripada sel stem sering digunakan untuk mengkaji penyakit. Tetapi sehingga kini, penyelidik sering mengabaikan jenis neuron yang mereka bekerjasama," kata Barbara Treutlein, profesor di Jabatan Sains dan Kejuruteraan Biosistem di ETH Zurich di Basel.

Bagaimanapun, dia berkata ini bukan pendekatan terbaik untuk kerja sedemikian.

"Jika kita ingin membangunkan model sel untuk mengkaji penyakit dan gangguan seperti Alzheimer, Parkinson dan kemurungan, kita perlu mempertimbangkan jenis sel saraf tertentu yang terlibat dalam proses patologi."

Pemeriksaan sistematik sebagai kunci kejayaan

Treutlein dan pasukannya kini telah berjaya menghasilkan lebih daripada 400 jenis sel saraf yang berbeza, membuka jalan untuk penyelidikan neurologi asas yang lebih tepat menggunakan kultur sel.

Para saintis ETH mencapai matlamat ini dengan bekerja dengan budaya sel stem pluripoten yang disebabkan oleh manusia, yang berasal daripada sel darah. Dalam sel-sel ini, mereka secara genetik merekayasa gen pengawalseliaan neuron tertentu dan merawat sel-sel dengan morfogen yang berbeza - kelas khas molekul isyarat. Pasukan Treutlein menggunakan pendekatan sistematik: tujuh morfogen dalam kombinasi dan kepekatan yang berbeza dalam eksperimen penyaringan mereka. Ini akhirnya menghasilkan hampir 200 set keadaan eksperimen yang berbeza.

Morfogen

Morfogen ialah bahan isyarat yang diketahui daripada kajian perkembangan embrio. Mereka diedarkan tidak sekata dalam embrio, dan dalam kepekatan yang berbeza membentuk kecerunan spatial. Oleh itu, mereka menentukan kedudukan sel dalam embrio - contohnya, sama ada sel lebih dekat dengan paksi badan atau terletak di bahagian belakang, di perut, di bahagian kepala atau batang tubuh. Sehubungan itu, morfogen membantu menentukan struktur mana yang akan terbentuk di bahagian tubuh yang berlainan.

Para saintis menggunakan pelbagai teknik analisis untuk menunjukkan bahawa mereka telah berjaya memperoleh lebih daripada 400 jenis sel saraf yang berbeza dalam eksperimen. Mereka mengkaji RNA (dan dengan itu aktiviti genetik) pada tahap sel individu, serta penampilan dan fungsi sel, seperti jenis proses sel yang mereka ada dan apakah impuls saraf elektrik yang mereka keluarkan.

Para penyelidik kemudian membandingkan data mereka dengan maklumat daripada pangkalan data neuron otak manusia. Ini membolehkan mereka menentukan jenis sel saraf yang dicipta, seperti sel sistem saraf periferi atau sel otak, serta kawasan otak asalnya dan sel-sel ini bertanggungjawab untuk - merasakan sakit, sejuk, pergerakan, dll.

Neuron in vitro untuk mencari bahan aktif

Treutlein berkata mereka masih jauh daripada dapat menghasilkan secara in vitro semua jenis sel saraf yang wujud dalam badan. Walau bagaimanapun, para penyelidik kini mempunyai akses kepada lebih banyak jenis sel yang berbeza daripada sebelumnya.

Mereka mahu menggunakan neuron yang ditanam secara in vitro untuk membangunkan model sel untuk mengkaji penyakit neurologi yang serius, termasuk skizofrenia, Alzheimer, Parkinson, epilepsi, gangguan tidur dan sklerosis berganda. Model sel sebegini juga sangat diminati untuk penyelidikan farmaseutikal, membolehkan kesan sebatian aktif baharu diuji dalam kultur sel tanpa menggunakan haiwan, dengan matlamat utama satu hari untuk mempelajari cara menyembuhkan penyakit ini.

Pada masa hadapan, sel-sel ini juga boleh digunakan untuk terapi penggantian sel, di mana sel saraf otak yang berpenyakit atau mati digantikan dengan sel manusia yang baru.

Tetapi sebelum itu boleh berlaku, ada masalah untuk diselesaikan: Dalam eksperimen mereka, penyelidik sering menghasilkan campuran beberapa jenis sel saraf yang berbeza. Mereka kini sedang berusaha untuk mengoptimumkan kaedah supaya setiap keadaan percubaan menghasilkan hanya satu jenis sel tertentu. Mereka sudah mempunyai beberapa idea awal tentang cara melakukannya.