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Desenvolvimento do interruptor de polaridade GABA e plasticidade neuronal em organóides neuronais manufaturados biotecnologicamente

Pela primeira vez, cientistas da UMG e do Cluster of Excellence "Multiscale Bioimaging" (MBExC), bem como do Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas (DZNE), conseguiram criar redes neuronais com funções do cérebro humano a partir de tronco pluripotente induzido células. Os tecidos conhecidos como Organoides Neuronais Bioengenharia (BENOs) mostram as propriedades morfológicas do cérebro humano. Eles também desenvolvem funções que são importantes para o desenvolvimento das funções de aprendizagem e memória. Publicado na Nature Communications.

Fonte: Centro Médico da Universidade de Göttingen: imagens de Zafeiriou et al. (2020) GABA polarity switch and neuronal plasticity in Bioengineered Neuronal Organoids. Nat Commun, 11, 3791.

Esquerda: Representação de um “Organoide Neuronal Bioengenharia” (BENO) produzido de acordo com um de Zafeiriou et al. procedimento publicado; a formação da estrutura da rede neural é mostrada pela coloração de proteínas marcadoras neurais (proteína 2 associada a microtúbulos; azul) e neurofilamento (verde), bem como células gliais (proteína glial fibrilar ácida; vermelho). Escala: 0,5 mm. À direita: Ampliação da estrutura da rede neural em um BENO. Depois que a proteína do neurofilamento é colorida, os axônios neuronais são mostrados em verde, ativando neurônios glutamatérgicos em vermelho e os núcleos celulares em azul

Os organóides cerebrais são ferramentas promissoras para modelagem de doenças e desenvolvimento de medicamentos. Para a formação correta de uma rede neural, os neurônios excitatórios e inibitórios e as células gliais devem se desenvolver juntos. Aqui, relatamos a auto-organização dirigida de organóides pluripotentes do tronco cerebral induzidos por humanos. Os organóides cerebrais são ferramentas promissoras para modelagem de doenças e desenvolvimento de medicamentos. Para a formação correta de uma rede neural, os neurônios excitatórios e inibitórios e as células gliais devem se desenvolver. Aqui, relatamos a auto-organização dirigida de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos em um hidrogel de colágeno na direção de uma rede neural altamente interligada em formato de tecido macroscópico. Organóides neuronais biotecnologicamente projetados (BENOs) compreendem neurônios excitatórios e inibitórios interconectados com astrócitos e oligodendrócitos de suporte. Os eventos do Potencial Despolarizante Gigantesco (PIB), como vistos nas primeiras culturas BENO, imitam a atividade inicial da rede do cérebro fetal. A mudança de polaridade GABA observada e PIBs reduzidos em> 40 dias BENO indicam uma maturação progressiva da rede neural. BENOs mostram desenvolvimento acelerado de picos de rede complexos após dois meses e sinais de potencialização de longo prazo. A semelhança das propriedades estruturais e funcionais com as do cérebro fetal pode permitir que os BENOs sejam usados ​​em estudos de plasticidade neural e modelagem de doenças. Células em um hidrogel de colágeno em uma rede neural altamente interconectada em um formato de tecido em macroescala. Organóides neuronais biotecnologicamente projetados (BENOs) compreendem neurônios excitatórios e inibitórios interconectados com astrócitos e oligodendrócitos de suporte. Os eventos do Potencial Despolarizante Gigantesco (PIB), como vistos nas primeiras culturas BENO, imitam a atividade inicial da rede do cérebro fetal. A mudança de polaridade GABA observada e PIBs reduzidos em> 40 dias BENO indicam uma maturação progressiva da rede neural. BENOs mostram desenvolvimento acelerado de picos de rede complexos após dois meses e sinais de potencialização de longo prazo. A semelhança das propriedades estruturais e funcionais com o cérebro fetal pode permitir que os BENOs sejam usados ​​em estudos de plasticidade neural e modelagem de doenças.