Lab-grown geïmplanteerde neuronen met succes samengevoegd met Brain's Bedrading

Een van de vele obstakels die moeten worden overwonnen voordat menselijke embryonale stamcellen hun therapeutisch potentieel kunnen bereiken, is om vast te stellen of getransplanteerde cellen functioneel kunnen worden geïntegreerd in weefsels of organen.
Volgens een onderzoek van een team wetenschappers uit Wisconsin dat is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences, neuronen die in het lab zijn gesmeed uit onbewerkte leisteen menselijke embryonale stamcellen die zijn geïmplanteerd in de hersenen van muizen, kunnen met succes worden samengevoegd met de bedrading van de hersenen en zowel signalen verzenden en ontvangen.
Neuronen zijn de meest elementaire functionele eenheid van het centrale zenuwstelsel en zijn gespecialiseerde cellen die impulsen geven. Het menselijk brein heeft ongeveer 100 miljard neuronen die voortdurend signalen uitzenden en ontvangen, die elk proces beheersen van wandelen en praten tot denken. De bevinding vertegenwoordigt een essentiële opstap naar het gebruik van aangepaste cellen om een ??beschadigd of ziek brein te repareren, wat het meest complexe menselijke orgaan is.
Jason P. Weick, hoofdauteur van de nieuwe studie en stafwetenschapper aan het Waisman Center van de Universiteit van Wisconsin-Madison, legt uit:

"De grote vraag was of deze cellen op een functionele manier kunnen worden geïntegreerd. We laten voor de eerste keer zien dat deze getransplanteerde cellen zowel kunnen luisteren als praten met omliggende neuronen van het volwassen brein."

Het onderzoeksteam evalueerde het vermogen van hun in de laboratorium gegroeide neuronen om te integreren in de circuits van de hersenen door de cellen te transplanteren in de hippocampus van volwassen muizen. De hippocampus is een bekend hersengebied dat een vitale rol speelt bij geheugenverwerking en ruimtelijke navigatie. De onderzoekers namen levend weefsel af van de dieren die celtransplantaties hadden ontvangen om de capaciteit van de cellen om te integreren te onderzoeken.
Weick en zijn team merkten ook op dat de menselijke neuronen het ritmische afvuurgedrag van veel hersencellen namen die gelijktijdig met elkaar communiceerden, en het belangrijkste was dat de menselijke cellen in staat waren om de manier waarop het neurale netwerk zich gedroeg te veranderen.
De onderzoekers konden deze vraag beantwoorden door een nieuwe technologie te gebruiken die bekend staat als optogenetica, waarbij licht wordt gebruikt in plaats van elektrische stroom om de activiteit van neuronen te stimuleren.

Weick opmerkingen:

"Voorheen waren we beperkt in het efficiënt stimuleren van getransplanteerde cellen. Nu hebben we een hulpmiddel waarmee we specifiek de getransplanteerde menselijke cellen kunnen stimuleren, en veel tegelijk in een niet-invasieve manier."

Hij legt uit dat om de functie van geïmplanteerde cellen te bepalen, het noodzakelijk was om eerst de capaciteit van de geïmplanteerde cellen te moduleren, aangezien eerdere technologieën te onnauwkeurig en onbetrouwbaar waren om precies te bepalen wat getransplanteerde neuronen aan het doen waren.
Alle 220 soorten weefsel in het menselijk lichaam zijn afkomstig van embryonale stamcellen en hun nauw verwante geïnduceerde pluripotente stamcellen. In het laboratorium hebben wetenschappers deze cellen aangestuurd om in veel celtypen, waaronder hersencellen, te veranderen.

De interesse in menselijke embryonale stamcellen en geïnduceerde pluripotente cellen heeft het potentieel om een ??onbeperkte voorraad gezonde, gespecialiseerde cellen te produceren die kunnen worden gebruikt om zieke of beschadigde cellen te vervangen.
Wetenschappers denken dat hersenaandoeningen, zoals amyotrofische laterale sclerose, beter bekend als de ziekte van Lou Gehrig en de ziekte van Parkinson, mogelijk kunnen worden uitgeroeid door defecte cellen te vervangen door gezonde, in het laboratorium gekweekte cellen.
In het afgelopen decennium hebben talrijke studies in diermodellen aangetoond dat zowel geïnduceerde als embryonale stamcellen in staat zijn om tekorten van die stoornissen in diermodellen te verlichten.
De nieuwe studie maakt de weg vrij voor clinici om mogelijk op licht gebaseerde technologie te gebruiken om getransplanteerde cellen en weefsels te manipuleren.
Su-Chun Zhang, een professor UW-Madison in de neurowetenschap en auteur van het nieuwe PNAS-rapport, verklaart:

"Het huwelijk tussen stamcellen en optogenetica kan helpen bij de behandeling van een aantal slopende neurodegeneratieve aandoeningen.U kunt zich voorstellen dat als de getransplanteerde cellen zich niet gedragen zoals zou moeten, u dit systeem zou kunnen gebruiken om ze te moduleren met behulp van licht ."

Een andere auteur van het PNAS-rapport, gefinancierd door de Amerikaanse National Institutes of Health, is Yan Liu, die ook deel uitmaakt van UW-Madison's Waisman Center.
Geschreven door Petra Rattue