Использование определяющих морфологических особенностей для точного выбора органоидов мозга

Объединив анализ экспрессии генов на морфологическом уровне и на уровне отдельных клеток, группа исследователей под руководством профессора Дзюн Такахаши из Департамента клинического применения Киотского университета создала новую неразрушающую систему для отбора высококачественных органоидов головного мозга в качестве потенциального источника тканей. для заместительной клеточной терапии для лечения пациентов после инсульта или черепно-мозговых травм. Статья опубликована в Отчеты о стволовых клетках.

Органоиды, или самоорганизующиеся миниатюрные органы, представляют собой новый мощный инструмент для изучения органогенеза или моделирования заболеваний и считаются средством создания клеток и тканей для терапии клеточной трансплантации.

Однако из-за стохастической самоорганизующейся природы органоидов они сильно варьируются и часто производят нецелевые типы клеток даже при использовании продвинутых протоколов индукции. Следовательно, существует большая потребность в новых способах неразрушающей оценки органоидов для выбора наиболее подходящих для трансплантации.

В рамках постоянных усилий по использованию органоидной технологии для производства трансплантируемых тканей для замены поврежденных клеток в пораженных участках мозга после инсульта или травм исследователи стремились разработать систему оценки на основе морфологии для выбора органоидов коры головного мозга с желаемыми типами клеток для возможной трансплантации. .

Из независимых партий органоидов коры головного мозга исследовательская группа классифицировала полученные органоиды на семь типов, каждый из которых демонстрирует определяющие морфологические особенности, для профилирования экспрессии генов на уровне отдельных клеток с помощью секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq). Всего исследовано девять групп органоидов коры головного мозга, в том числе две группы со смешанными морфологическими характеристиками.

С помощью анализа scRNA-seq идентичность отдельных клеток из каждой группы органоидов была аннотирована на основе экспрессии маркерного гена. Были идентифицированы различные подтипы нейронов, включая кортикальные и ГАМКергические нейроны, а также ненейрональные клетки, такие как фибробласты и эндотелиальные клетки.

Основываясь на этой информации, исследовательская группа получила представление о клеточном составе различных типов органоидов. Например, в то время как органоиды с розеткообразными концентрическими слоистыми структурами состояли в основном из корковых нейронов, органоиды с низкой прозрачностью и отсутствием четких внутренних структур преимущественно содержали ГАМКергические нейроны.

Затем исследователи подтвердили наблюдаемую корреляцию между морфологией органоидов и клеточным составом, изучив сходство в глобальной экспрессии генов, определенное с помощью анализа микрочипов РНК среди независимых органоидов внутри каждого типа органоидов. Кроме того, подробный анализ типов органоидов на основе маркерных генов и белков, специфичных для типа клеток, показал, что такие корреляции воспроизводятся в различных клеточных линиях, используемых для генерации органоидов.

Наконец, из-за интереса исследовательской группы к использованию органоидов коры головного мозга для клеточной заместительной терапии в будущем, их внимание было сосредоточено на органоидах с розеткообразными концентрическими слоистыми структурами, поскольку они в основном содержат кортикальные нейроны. Таким образом, они выбрали органоиды с этой морфологической характеристикой из трех независимых партий органоидов коры головного мозга для анализа scRNA-seq.

Все образцы показали схожие профили экспрессии генов, что продемонстрировало замечательную воспроизводимость, основанную только на морфологических особенностях, и способность правильно выбирать нужные органоиды коры головного мозга неразрушающим способом. Примечательно, что в выбранных органоидах не были обнаружены нецелевые типы клеток, что дает уверенность в том, что будут трансплантированы только желаемые типы клеток.

Благодаря этой работе исследование продемонстрировало возможность использования простой визуальной информации для точного выбора органоидов коры головного мозга, которые потенциально могут быть использованы в качестве источника клеток для заместительной клеточной терапии. Этот простой метод классификации легко адаптируется и может значительно повысить эффективность и безопасность трансплантации.