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Desarrollo del interruptor de polaridad GABA y plasticidad neuronal en organoides neuronales producidos biotecnológicamente

Por primera vez, científicos de la UMG y el Cluster of Excellence "Multiscale Bioimage" (MBExC) y el Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) han logrado crear redes neuronales con funciones del cerebro humano a partir de células madre pluripotentes inducidas. Los tejidos conocidos como organoides neuronales de bioingeniería (BENO) muestran las propiedades morfológicas del cerebro humano. También desarrollan funciones que son importantes para el desarrollo de las funciones de aprendizaje y memoria. Publicado en Nature Communications.

Fuente: University Medicine Göttingen: Imágenes de Zafeiriou et al. (2020) Interruptor de polaridad GABA y plasticidad neuronal en organoides neuronales de bioingeniería. Nat Commun, 11, 3791.

Izquierda: Representación de un "organoide neuronal de bioingeniería" (BENO) producido de acuerdo con uno de Zafeiriou et al. procedimiento publicado; la formación de la estructura de la red neuronal se muestra por la coloración de las proteínas marcadoras neurales (proteína 2 asociada a microtúbulos; azul) y neurofilamento (verde), así como las células gliales (proteína ácida fibrilar glial; rojo). Escala: 0,5 mm. Derecha: Ampliación de la estructura de la red neuronal en un BENO. Una vez coloreada la proteína del neurofilamento, los axones neuronales se muestran en verde, activando las neuronas glutamatérgicas en el rojo y los núcleos celulares en azul.

Los organoides cerebrales son herramientas prometedoras para el modelado de enfermedades y el desarrollo de fármacos. Para la correcta formación de una red neuronal, las neuronas excitadoras e inhibidoras y las células gliales deben desarrollarse juntas. Aquí informamos sobre la autoorganización dirigida de organoides pluripotentes del tallo cerebral inducidos por humanos. Los organoides cerebrales son herramientas prometedoras para el modelado de enfermedades y el desarrollo de fármacos. Para la correcta formación de una red neuronal, se deben desarrollar neuronas excitadoras e inhibidoras, así como células gliales. Aquí informamos sobre la autoorganización dirigida de células madre pluripotentes inducidas por humanos en un hidrogel de colágeno en la dirección de una red neuronal altamente interconectada en el formato de tejido macroscópico. Los organoides neurales diseñados biotecnológicamente (BENO) comprenden neuronas excitadoras e inhibidoras interconectadas con astrocitos y oligodendrocitos de apoyo. Los eventos gigantescos con potencial despolarizante (GDP), como se observa en los primeros cultivos de BENO, imitan la actividad de red temprana del cerebro fetal. El cambio de polaridad de GABA observado y los PIB reducidos en> 40 días BENO indican una maduración progresiva de la red neuronal. Los BENO muestran un desarrollo acelerado de ráfagas de redes complejas después de dos meses y signos de potenciación a largo plazo. La similitud de las propiedades estructurales y funcionales con las del cerebro fetal podría permitir que los BENO se utilicen en estudios de plasticidad neuronal y modelado de enfermedades. Células en un hidrogel de colágeno en una red neuronal altamente interconectada en un formato de tejido a macroescala. Los organoides neurales diseñados biotecnológicamente (BENO) comprenden neuronas excitadoras e inhibidoras interconectadas con astrocitos y oligodendrocitos de apoyo. Los eventos gigantescos con potencial despolarizante (GDP), como se observa en los primeros cultivos de BENO, imitan la actividad de red temprana del cerebro fetal. El cambio de polaridad de GABA observado y los PIB reducidos en> 40 días BENO indican una maduración progresiva de la red neuronal. Los BENO muestran un desarrollo acelerado de ráfagas de redes complejas después de dos meses y signos de potenciación a largo plazo. La similitud de las propiedades estructurales y funcionales con el cerebro fetal podría permitir que los BENO se utilicen en estudios de plasticidad neuronal y modelado de enfermedades.