Sono stati coltivati oltre 400 tipi diversi di cellule nervose, un numero mai raggiunto prima
I modelli di coltura cellulare con cellule di questo tipo sono interessanti per la ricerca sulle malattie e per la sperimentazione di nuovi farmaci nella ricerca farmaceutica
Per la prima volta, i ricercatori del Politecnico di Zurigo sono riusciti a produrre centinaia di tipi diversi di cellule nervose da cellule staminali umane in capsule di Petri. In futuro sarà quindi possibile studiare i disturbi neurologici utilizzando colture cellulari anziché test sugli animali.
Le cellule nervose non sono solo cellule nervose. Secondo i calcoli più recenti, nel cervello umano esistono da centinaia a migliaia di tipi diversi di cellule nervose, a seconda della precisione con cui le distinguiamo. Questi tipi di cellule variano nella loro funzione, nel numero e nella lunghezza delle loro appendici cellulari e nelle loro interconnessioni. Emettono diversi neurotrasmettitori nelle nostre sinapsi e, a seconda della regione del cervello - per esempio, la corteccia cerebrale o il mesencefalo - sono attivi diversi tipi di cellule.
Quando in passato gli scienziati producevano cellule nervose da cellule staminali in piastre di Petri per i loro esperimenti, non era possibile tenere conto della loro vasta diversità. Finora i ricercatori avevano sviluppato solo procedure per far crescere in vitro alcune decine di tipi diversi di cellule nervose. Hanno ottenuto questo risultato utilizzando l'ingegneria genetica o aggiungendo molecole di segnalazione per attivare particolari vie di segnalazione cellulare. Tuttavia, non sono mai riusciti a raggiungere la diversità di centinaia o migliaia di tipi di cellule nervose diverse che esiste in realtà.
"I neuroni derivati da cellule staminali sono spesso utilizzati per studiare le malattie. Ma finora i ricercatori hanno spesso ignorato con quali tipi precisi di neuroni stanno lavorando", spiega Barbara Treutlein, docente presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Biosistemi del Politecnico di Zurigo a Basilea. Tuttavia, questo non è l'approccio migliore per questo tipo di lavoro. "Se vogliamo sviluppare modelli di colture cellulari per malattie e disturbi come l'Alzheimer, il Parkinson e la depressione, dobbiamo prendere in considerazione il tipo specifico di cellula nervosa coinvolta".
Uno screening sistematico è stata la chiave del successo
Treutlein e il suo team sono riusciti a produrre oltre 400 tipi diversi di cellule nervose. In questo modo, gli scienziati hanno aperto la strada a una ricerca neurologica di base più precisa con esperimenti di coltura cellulare.
I ricercatori dell'ETH hanno ottenuto questo risultato lavorando con una coltura di cellule staminali pluripotenti indotte umane generate da cellule del sangue. In queste cellule hanno utilizzato l'ingegneria genetica per attivare alcuni geni regolatori neuronali e hanno trattato le cellule con vari morfogeni, una speciale classe di molecole di segnalazione. Treutlein e il suo team hanno adottato un approccio sistematico, utilizzando sette morfogeni in diverse combinazioni e concentrazioni negli esperimenti di screening. In questo modo sono stati ottenuti quasi 200 diversi set di condizioni sperimentali.
I ricercatori hanno utilizzato varie analisi per dimostrare di aver prodotto oltre 400 tipi diversi di cellule nervose nel loro esperimento. Hanno esaminato l'RNA (e quindi l'attività genetica) a livello di singole cellule, nonché l'aspetto esterno delle cellule e la loro funzione: ad esempio, quale tipo di appendice cellulare avevano in quali quantità e quali impulsi elettrici nervosi emettevano.
I ricercatori hanno poi confrontato i loro dati con le informazioni contenute nei database dei neuroni del cervello umano. In questo modo hanno potuto identificare i tipi di cellule nervose create, come quelle del sistema nervoso periferico o quelle cerebrali, la parte del cervello da cui provengono, se percepiscono il dolore, il freddo o il movimento, e così via.
Neuroni in vitro per la ricerca sui principi attivi
Treutlein chiarisce che si è ancora lontani dal produrre tutti i tipi di cellule nervose esistenti in vitro. Tuttavia, i ricercatori hanno ora accesso a un numero molto maggiore di tipi di cellule diverse rispetto al passato.
Essi vorrebbero utilizzare le cellule nervose in vitro per sviluppare modelli di coltura cellulare per lo studio di gravi patologie neurologiche, tra cui schizofrenia, Alzheimer, Parkinson, epilessia, disturbi del sonno e sclerosi multipla. Modelli di coltura cellulare di questo tipo sono anche di grande interesse nella ricerca farmaceutica per testare gli effetti di nuovi composti attivi in colture cellulari senza test sugli animali, con l'obiettivo finale di poter un giorno curare queste patologie.
In futuro, le cellule potrebbero essere utilizzate anche per la terapia di sostituzione cellulare, che prevede la sostituzione delle cellule nervose malate o morte del cervello con nuove cellule umane.
Ma c'è una sfida da superare prima che questo possa accadere: i ricercatori hanno spesso prodotto una miscela di più tipi diversi di cellule nervose nei loro esperimenti. Ora stanno lavorando per ottimizzare il loro metodo in modo che ogni condizione sperimentale produca solo un tipo specifico di cellule. Hanno già alcune idee iniziali su come raggiungere questo obiettivo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Hsiu-Chuan Lin, Jasper Janssens, Benedikt Eisinger, Philipp Hornauer, Ann-Sophie Kroell, Malgorzata Santel, Maria Pascual-Garcia, Ryoko Okamoto, Kyriaki Karava, Zhisong He, Marthe Priouret, Manuel Schröter, J. Gray Camp, Barbara Treutlein; "Human neuron subtype programming via single-cell transcriptome-coupled patterning screens"; Science, Volume 389
Altre notizie dal dipartimento scienza
