’Minibrains’ avslöjar hemligheter för hur viktiga hjärnceller bildas i livmodern
Immunceller i den mänskliga hjärnan kan vara avgörande för att orkestrera organets utveckling i livmodern eftersom de utlöser en dramatisk ökning av en viktig typ av nervcell, tyder ny forskning.
Uppskattningar tyder på att dessa nyckelceller, kända som hämmande internuroner, utgör cirka 25% till 50% av neuronerna i vuxenbarken, den skrynkliga vävnaden som täcker hjärnans yta. Faktum är att det mänskliga cortexet bär mer än dubbelt antalet internuroner Som musbarken gör det.
Dessa internuroner staferar signaler mellan andra hjärnceller och hjälper till att hålla den signalering i kontroll med en kemisk budbärare som heter Gaba. Som hjärnans huvudsakliga ”hämmande” messenger hjälper GABA att avvisa hjärnaktiviteten genom att göra neuroner mindre benägna att skjuta och därmed balansera de ”exciterande” signalerna som förstärker hjärnaktiviteten. Olika störningar har varit bundna till problem med internuroner, inklusive epilepsi, autism och schizofreni.
Nu, i en studie publicerad 6 augusti i tidskriften Naturforskare har upptäckt en kraft som driver internuroner att multiplicera i den utvecklande mänskliga hjärnan – och de säger att det kan vara unikt för vår art.
”Det är därför vi inte kan använda traditionella djurmodeller”, studieledare Diankun Yuen biträdande forskare inom pediatrik vid University of California, San Francisco (UCSF), berättade för Live Science. För att avslöja denna mekanism som endast kan utvecklas i den mänskliga hjärnan utvecklade forskarna en organoid -En miniatyr 3D-struktur, odlad från stamceller, som efterliknar en struktur i full storlek som finns i människokroppen.
Före organoidstudien föreslog forskning i labbdjur en koppling mellan aktiveringen av moderns immunsystem under graviditeten och ett lägre antal internuroner i kortet hos deras avkommor, jämfört med avkommor som inte upplevde en immunbeslut. Den typen av aktivering kan förekomma som svar på en viral eller bakteriell infektion, till exempel. Studieförfattarna undersökte detta i Tidigare forskning med labbmössdär de fastställde en nyckelspelare bakom länken: Microglia, hjärnans bosatta immunceller.
Släkt: I en 1: a kombinerar forskare AI med en ”minibrain” för att göra hybriddator
Under de senaste fem åren har forskare börjat inse hur immunsystemet och nervsystemet utvecklas parallellt, studieledare Dr. Xianhua Piaoen läkare-forskare som är specialiserad på neonatologi och utvecklingsneurovetenskap vid UCSF, berättade för Live Science.
”Microglia verkligen finjusterar och reglerar nervös utveckling,” sade hon om den nya studiens resultat. ”Det lägger verkligen till en ny dimension för hur Microglia utövar sin funktion.”
Laget Byggt på tidigare arbete från andra forskningsgrupper att utveckla sina organoider, som liknade en nyckelstruktur i fosterhjärnan från vilka många kortikala internuroner uppstår. Denna struktur är tillfällig och dyker upp runt den åttonde veckan av graviditeten hos människor och försvinner cirka åtta månader efter födseln, sade Piao. Forskarna hittade ett sätt att integrera mikroglia i denna modell, som inte hade gjorts tidigare, tillade hon.
Teamet fann att mikroglia i sina organoider var en viktig källa till insulinliknande tillväxtfaktor 1 (IGF1) i de utvecklande minibrainsna och att ämnet hjälpte till att driva den dramatiska ökningen av internuroner som ses i tidig utveckling.
När teamet testade vad som skulle hända när de stängde av IGF1 -signalering på olika sätt, fann de att det blockerade den snabba ökningen av internuroner. Men ”när vi raderade denna gen i mikroglia i musmodellen såg vi inte någon förändring,” sa Piao. Det antyder att denna kedja av händelser som startades av mikroglia-tillverkade IGF1 kan vara unik för människor.
”Dessa fynd indikerar en evolutionär anpassning av mikroglialfunktionen för att stödja den ökade efterfrågan på internuroner i det mänskliga cortex,” skrev forskarna i sin rapport. Kort sagt, detta konstaterande antyder ett drag i mänsklig utveckling som kan hjälpa till att förklara våra unika kognitiva förmågor.
Som sagt, organoider är inte exakta kopior av den mänskliga hjärnan, så det finns en gräns för vad 3D -modellerna kan berätta för oss. ”Hittills är modellen tillräckligt bra för särskilt spridningssteget, mycket tidigt utvecklingsstadium”, sade Yu. Men för närvarande gör dessa organoider inte så bra med senare stadier av hjärnutveckling, konstaterade han. De fångar inte heller aktivitet på kretsnivå i hjärnan, sade Piao och visar endast aktivitet inom mindre, isolerade strukturer.
Framtida arbete kan hjälpa till att ytterligare klargöra denna tidigare okända roll av immunceller i hjärnan, sade hon.
