hjerne pink og blå

Hjernemodel efterligner menneskelig hjerneudvikling

torsdag 18 mar 21

Kontakt

Jenny Emnéus
Professor
DTU Bioengineering
45 25 68 67

Kontakt

Hakan Gürbüz
Postdoc
DTU Sundhedsteknologi

En ny flad hjernemodel, der selv danner folder, er et stort skridt mod mere stabile og komplekse menneskelige hjernemodeller.

WHO vurderer, at mere end 12% af alle dødsfald globalt inden 2030 vil være forårsaget af neulogiske lidelser. Forskning i den menneskelige hjerne er derfor en prioritet, men da den menneskelige hjerne er det mest komplekse organ i kroppen og tilmed utilgængelig, mangler der videnskabelig viden om hjernens udvikling og sygdomme.

For at overvinde disse problemer har forskere udviklet miniaturiserede og forenklede versioner af den menneskelige hjerne kaldet hjerneorganoider og dyrket dem i laboratoriet. De reproducerer ikke den nøjagtige anatomi af en menneskelig hjerne, men er et vigtigt skridt mod at efterligne den menneskelige hjerne og kan erstatte brugen af dyremodeller i forskning og i lægemiddelscreening for giftighed og forståelsen af sygdomsudvikling.

Et vigtigt skridt mod bedre hjernemodeller

Hidtil har hjernemodellerne været runde ligesom den naturlige hjerne er det, men formen gør det vanskeligt at få ilt og næringsstoffer helt ind i kernen af modellen, og det begrænser hjernemodellens størrelse og levetid.

Nu har et internationalt hold af forskere fra DTU og Det autonome universitet i Madrid løst denne udfordring ved at ændre formen på hjernemodellen fra rund til flad og fået den til at gro på at 3D printet stillads, som kan formidle ilt og næring ud i hele hjernemodellen.

”Ved at dyrke hjerneorganoider med et polycaprolacton stillads var vi i stand til at lave de i en flad model. Flade hjerneorganoider har fordelagtige diffusionsbetingelser, og dermed forsynes deres væv bedre med ilt og næringsstoffer, hvilket forhindrer celledød i vævskernen. Skiftet fra en sfærisk til en flad form fører til en signifikant stigning i størrelse og overflade-til-volumen-forhold af hjerneorganoiderne, ”siger en af hovedforfatterne, Hakan Gürbüz fra DTU Bioengineering.

Flade hjernemodeller kan blive større end de runde, og der er derfor større potentiale for at bygge mere komplekse hjernemodeller.

Ifølge professor Jenny Emnéus var de 3D-byggede stilladser nøglen til at overvinde formbegrænsningerne i de tidligere runde modeller: ”reproducerbar fremstilling af specifikke 3D-stilladser med høj arkitektonisk kompleksitet, præcision og alsidighed i designet var nøglen. Ved at indføre et 3D-trykt stillads i kulturprotokollen kan størrelsen af hjernens organoider og vævstætheden og tykkelsen indstilles.”

Selvfoldning, der ligner den menneskelige hjerne

Den nye model viste konsekvent dannelse af foldninger, der lignede gyrifikation, som er den process, der danner de karakteristiske foldninger i hjernebarken. Alberto Martínez Serrano fra Det autonome universitet i Madrid, som tog del i studiet siger: ”Vi var i stand til at observere foldning, der minder om gyrifikation omkring dag 20, og som var selvgenereret af vævet. Så vidt vi ved, er det første gang det er set.”

Folderne øger hjernemodellens overfladeareal og selve processen ligner den menneskelige hjernes udvikling, og er derfor et stort skridt mod større og mere stabile hjernemodeller, som kan bruges til forskning og screening af nye lægemidler.

Undersøgelsen er en del af et stort EU-projekt, MSCA-ITN-projekt Training4CRM i neurodegenerative lidelser, såsom Parkinsons sygdom.

Læs studiet Next generation human brain models: engineered flat brain organoids featuring gyrification i tidsskriftet Biofabrication 

Relaterede Videoer  

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

Vis flere