Samoorganizujące się organoidy ludzkie otwierają nowe możliwości w dziedzinie badania chorób
W jaki sposób mięśnie szkieletowe i układ nerwowy rozwijają się w skoordynowany sposób, tworząc funkcjonalne obwody, które pozwalają nam biegać, skakać i tańczyć? Znalezienie odpowiedzi na to pytanie może przełożyć się na nowe sposoby zrozumienia i leczenia wyniszczających chorób nerwowo-mięśniowych, takich jak rdzeniowy zanik mięśni i stwardnienie zanikowe boczne. Aby to osiągnąć, naukowcy potrzebują dokładnych modeli ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego. Zapewnieniem go zajął się zespół projektu GPSorganoids. „Opracowaliśmy samoorganizujące się ludzkie organoidy nerwowo-mięśniowe, które wiernie odtwarzają kluczowe interakcje funkcjonalne między neuronami ruchowymi rdzenia kręgowego a mięśniami szkieletowymi”, wyjaśnia Mina Gouti, kierowniczka grupy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Ośrodku Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrücka(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MDC) - instytucji pełniącej rolę gospodarza projektu. „Wynikiem tych prac jest nowatorska platforma do badania rozwoju układu nerwowo-mięśniowego, odkrywania mechanizmów chorób oraz oceny potencjalnych metod leczenia”.
Od modelowania chorób do odkrywania nowych leków
Zespół projektu, który otrzymał wsparcie ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracował szereg wzajemnie uzupełniających się osiągnięć, które zmieniają sposób, w jaki naukowcy badają ludzki układ nerwowo-mięśniowy. Dzięki wykorzystaniu kontrolowanej stymulacji elektrycznej w ramach platformy organoidów nerwowo-mięśniowych naukowcy mogli znacznie usprawnić proces dojrzewania i poprawić funkcjonalność organoidów. Jak uważa Gouti, prace te pokazują, że połączenie biologii rozwojowej i bioinżynierii może prowadzić do tworzenia tkanek ludzkich bardziej zbliżonych do rzeczywistych, dając badaczom nowe możliwości projektowania coraz bardziej zaawansowanych modeli organoidów. W ramach projektu powstała także platforma oparta na samoorganizujących się połączeniach ludzkich układów nerwowych i mięśniowych, która umożliwia modelowanie chorób w określonych obszarach oraz skalowalne badanie nowych leków. Korzystając z tej platformy, naukowcy opracowali model połączenia między nerwem a włóknem mięśniowym z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących od konkretnego pacjenta w celu zbadania mechanizmów odpowiedzialnych za rdzeniowy zanik mięśni. „Te wzajemnie uzupełniające się technologie stanowią fizjologiczne modele, które umożliwiają badanie mechanizmów chorób, analizę nowych celów leczenia oraz ocenę potencjalnych leków. Modele składają się ponadto w platformę, która przyspiesza odkrywanie leków”, zauważa Gouti.
Znaczenie badań opartych na ciekawości
Zespół projektu GPSorganoids opracował szereg rozwiązań, począwszy od samoorganizujących się organoidów po modele specyficzne dla poszczególnych obszarów i skalowalne platformy połączeń nerwowo-mięśniowych. Wszystkie te rozwiązania składają się na nową generację trójwymiarowych modeli ludzkich połączeń nerwowo-mięśniowych, które łączą biologię podstawową, modelowanie chorób i badanie nowych leków. Zrealizowane prace dowodzą, że badania pionierskie finansowane ze środków ERBN zwiększają konkurencyjność Europy(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Jestem przekonana, że nasze badania pomogą naukowcom na całym świecie lepiej zrozumieć choroby nerwowo-mięśniowe i przyspieszą opracowywanie nowych terapii służących ich leczeniu”, zauważa Gouti. Zespół projektu zwrócił również uwagę na znaczenie ambitnych badań motywowanych ciekawością. Naukowcy początkowo zamierzali odtworzyć w naczyniu laboratoryjnym ludzki układ nerwowo-mięśniowy, wykorzystując molekularne mechanizmy odpowiedzialne za rozwój organizmu człowieka. W czasie tych prac odkryli jednak, że połączenie biologii rozwojowej z bioinżynierią może jeszcze bardziej zwiększyć fizjologiczne znaczenie organoidów i przełożyć się na zupełnie nowe możliwości dokonywania odkryć terapeutycznych. „Dofinansowanie z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych pozwoliło nam swobodnie badać te nieprzewidziane obszary, pozwalając nam nie tylko odpowiedzieć na pierwotne pytania, ale także wytyczyć zupełnie nowe kierunki badań, które ostatecznie przyniosą korzyści społeczeństwu”, wyjaśnia Gouti. Zespół projektu otrzymał grant Proof of Concept przyznawany przez ERBN(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na zautomatyzowanie wytwarzania i analizy organoidów nerwowo-mięśniowych przy użyciu robotyki i zaawansowanego obrazowania, co utoruje drogę do opracowania znormalizowanych modeli ludzkich i przełoży się na przyszłe rozwiązania w zakresie medycyny spersonalizowanej.
