Aditif makanan membuat produksi massal organoid otak menjadi mungkin. Para peneliti sekarang dapat mempelajari perkembangan dan penyakit pada skala.
Sekelompok peneliti neuro Wu Tsai neuro yang bekerja dengan kelompok neuron manusia yang dikenal sebagai organoid yang bertujuan untuk memperluas pekerjaan mereka dan mengejar pertanyaan ilmiah yang lebih besar. Solusinya ada di sekitar mereka.
Selama hampir sepuluh tahun, Program Organogenesis Otak Stanford telah meningkatkan cara transformatif untuk mempelajari otak. Alih-alih mengandalkan jaringan otak yang utuh dari manusia atau hewan, tim menumbuhkan struktur mirip otak tiga dimensi di laboratorium menggunakan sel induk, menghasilkan model yang disebut sebagai organoid saraf manusia dan assembloid.
Diluncurkan pada tahun 2018 sebagai bagian dari Ide Besar Institut Neurosciences Wu Tsai Institute dalam Inisiatif Neuroscience, program tersebut menyatukan ahli saraf, ahli kimia, insinyur, dan ahli lain untuk menyelidiki bidang -bidang seperti jalur nyeri, pendorong genetik gangguan perkembangan saraf, dan metode inovatif untuk mengeksplorasi sirkuit otak.
Namun satu tantangan yang persisten memiliki kemajuan yang terbatas: skala. Untuk mendapatkan wawasan yang lebih dalam tentang perkembangan otak, mengungkap akar gangguan perkembangan, dan secara efektif menguji terapi baru, para peneliti membutuhkan kemampuan untuk menghasilkan ribuan organoid secara bersamaan, masing -masing dengan ukuran dan bentuk yang konsisten.
Menangani masalah lengket
Kesulitannya terletak pada kecenderungan organoid saraf untuk menggumpal bersama, yang mencegah para peneliti menghasilkan sejumlah besar dari mereka dengan ukuran dan bentuk yang seragam.
Untuk mengatasi hal ini, sekelompok ahli saraf dan insinyur yang dipimpin oleh Wu Tsai Neuro afiliasi Sergiu Pasca, Kenneth T. Norris, Jr. Profesor Psikiatri dan Ilmu Perilaku di School of Medicine, dan Sarah Heilshorn, Rickey/Nielsen Profesor di Sekolah Teknik, yang diidentifikasi A Kukuk. Seperti yang dijelaskan dalam laporan 27 Juni mereka Nature Biomedical Engineeringkuncinya adalah Xanthan Gum, aditif makanan yang banyak digunakan yang membuat organoid terpisah.
“Kami dapat dengan mudah membuat 10.000 dari mereka sekarang,” kata Pasca, Bonnie Uytengsu dan Direktur Keluarga Program Organogenesis Otak Stanford. Sesuai dengan komitmen program untuk membuat teknik mereka tersedia secara luas, mereka telah berbagi pendekatan mereka sehingga orang lain dapat memanfaatkannya. “Ini, seperti halnya semua metode kami, terbuka dan dapat diakses secara bebas. Sudah ada banyak laboratorium yang telah menerapkan teknik ini.”
Hari -hari awal studi organoid otak
Jalan menuju penskalaan tidak selalu mudah. Sekitar selusin tahun yang lalu, Pasca baru saja membentuk metode untuk mengubah sel induk menjadi jaringan seperti otak tiga dimensi, yang sekarang disebut organoid saraf regional. Pada saat itu, ia hanya bisa menghasilkan beberapa model awal ini.
“Pada masa -masa awal, saya memiliki delapan atau sembilan dari mereka, dan saya menamai masing -masing dari mereka setelah makhluk mitologis,” kenang Pasca.
Tujuan akhir Pasca, bagaimanapun, adalah untuk mendapatkan wawasan yang lebih dalam tentang bagaimana otak berkembang – terutama proses yang dapat menyebabkan kondisi seperti autisme atau sindrom Timotius. Dia juga tertarik menggunakan organoid untuk menguji potensi efek samping obat pada perkembangan otak. Untuk mengejar pertanyaan -pertanyaan ini, ia menjelaskan, “Kami perlu menghasilkan ribuan organoid, dan semuanya harus sama.”
Dia mengerti bahwa kemajuan akan membutuhkan kolaborasi di berbagai disiplin ilmu. “Saya berpikir, ‘Ini adalah bidang yang muncul dan ada banyak masalah yang akan kita hadapi, dan cara kita akan menghadapinya dan menyelesaikannya adalah dengan menerapkan teknologi inovatif,’” kata Pasca.
Dengan visi ini dalam pikiran, ia bermitra dengan afiliasi Wu Tsai Neuro Karl Deisseroth, seorang ahli saraf dan bioengineer, dan mengumpulkan tim ahli yang luas. Bersama -sama, dengan dukungan dari inisiatif besar Ide -Ide Besar dalam Neuroscience Wu Tsai, mereka meluncurkan Program Organogenesis Otak Stanford.
Solusi antilengket muncul
Masalah lengket memunculkan kepalanya segera setelah itu. Organoid menyatu bersama, menghasilkan jumlah organoid yang lebih kecil dari berbagai bentuk dan ukuran.
“Orang -orang di lab akan terus -menerus berkata, ‘Saya membuat seratus organoid, tetapi saya berakhir dengan dua puluh,’” kata Pasca.
Itu adalah berkah dan kutukan. Di satu sisi, itu menunjukkan bahwa para peneliti dapat menempelkan dua jenis organoid yang berbeda – katakanlah, otak kecil dan sumsum tulang belakang – untuk mempelajari perkembangan struktur otak yang lebih kompleks. Memang, rakitan ini sekarang menjadi bagian penting dari pekerjaan Pasca dan rekan -rekannya.
Di sisi lain, tim masih perlu dapat membuat sejumlah besar organoid sehingga mereka dapat mengumpulkan data yang tepat tentang pengembangan otak, menyaring obat untuk cacat pertumbuhan, atau melakukan sejumlah proyek lain dalam skala.
Salah satu kemungkinan adalah menumbuhkan setiap organoid dalam hidangan terpisah, tetapi melakukan hal itu seringkali tidak efisien. Sebaliknya, laboratorium membutuhkan sesuatu untuk memisahkan organoid saat menumbuhkannya dalam batch, jadi Pasca bekerja dengan Heilshorn, kolaborator program dan insinyur material Stanford Brain Organogenesis, untuk mencoba beberapa opsi.
Tim akhirnya melihat 23 bahan berbeda dengan mata untuk membuat metode mereka dapat diakses oleh orang lain.
“Kami memilih bahan yang sudah dianggap biokompatibel dan yang relatif ekonomis dan mudah digunakan, sehingga metode kami dapat diadopsi dengan mudah oleh ilmuwan lain,” kata Heilshorn.
Untuk menguji masing-masing, mereka pertama kali menumbuhkan organoid dalam cairan kaya nutrisi selama enam hari, kemudian menambahkan salah satu bahan uji. Setelah 25 hari lagi, tim hanya menghitung berapa banyak organoid yang tersisa.
Bahkan dalam jumlah kecil, permen karet Xanthan mencegah organoid untuk menyatukan, dan itu melakukannya tanpa efek samping pada perkembangan organoid. Itu berarti bahwa para peneliti dapat membuat organoid terpisah tanpa membiaskan hasil eksperimen mereka.
Meningkatkan Tes Narkoba
Untuk menunjukkan potensi teknik ini, tim menggunakannya untuk mengatasi masalah dunia nyata: Dokter sering ragu untuk meresepkan obat yang berpotensi menguntungkan kepada orang-orang hamil dan bayi karena mereka tidak tahu apakah obat-obatan tersebut dapat membahayakan otak yang berkembang. (Meskipun obat yang disetujui FDA melalui pengujian yang luas, masalah etika berarti mereka umumnya tidak diuji pada orang hamil atau bayi.)
Untuk menunjukkan bagaimana organoid mengatasi masalah itu, penulis co-lead Genta Narazaki, seorang peneliti tamu di laboratorium Pasca pada saat penelitian dilakukan, pertama kali menumbuhkan 2.400 organoid dalam batch. Kemudian, Narazaki menambahkan salah satu dari 298 obat yang disetujui FDA ke setiap batch untuk melihat apakah ada di antara mereka yang dapat menyebabkan cacat pertumbuhan. Bekerja sama dengan penulis co-lead Yuki Miura di lab Pasca, Narazaki menunjukkan bahwa beberapa obat, termasuk yang digunakan untuk mengobati kanker payudara, menghambat pertumbuhan organoid, menunjukkan bahwa mereka bisa berbahaya bagi perkembangan otak.
Eksperimen itu menunjukkan bahwa para peneliti dapat mengungkap potensi efek samping – dan melakukannya dengan sangat efisien, Pasca mengatakan: “Satu eksperimen tunggal menghasilkan ribuan organoid kortikal sendiri dan menguji hampir 300 obat.”
Pasca dan program Stanford Brain Organogenesis -nya sekarang berharap untuk menggunakan teknik mereka untuk membuat kemajuan pada sejumlah gangguan neuropsikiatri, seperti autisme, epilepsi, dan skizofrenia. “Mengatasi penyakit itu sangat penting, tetapi kecuali jika Anda meningkatkan, tidak ada cara untuk membuat penyok,” kata Pasca. “Itulah tujuannya sekarang.”
Reference: “Scalable production of human cortical organoids using a biocompatible polymer” by Genta Narazaki, Yuki Miura, Sergey D. Pavlov, Mayuri Vijay Thete, Julien G. Roth, Merve Avar, Sungchul Shin, Ji-il Kim, Zuzana Hudacova, Sarah C. Heilshorn and Sergiu P. Pașca, 27 June 2025, Nature Biomedical Engineering.
Dua: 10.1038/S41551-025-01427-3
Pekerjaan ini didukung oleh Hibah Ide Besar Organogen Otak Stanford dari Wu Tsai Neurosciences Institute, AS Institut Kesehatan Nasional (MH107800, R01 EB027171, dan R01 MH137333), NYSCF Robertson Stem Cell Investigator Award, The Kwan Research Fund, The Coates Foundation, The Senkut Research Funds, Ludwig Foundation, The Chan Zuckerberg Inisiatif Ben Barres, St. DMR 2103812, dan DMR 2427971), Penghargaan Investigator Muda TAA, Institut Postdoctoral Stanford, Stanford Stanford Sarjana Summer Research Summer Stanford, dan Hibah SNSF Postdoc.Mobility (222016).
Narasaki adalah karyawan Daiichi-Sankyo Co., Ltd, selama durasi penelitian ini, tetapi perusahaan tidak memiliki masukan pada desain eksperimen dan interpretasi data. Stanford University memegang paten yang mencakup generasi organoid kortikal (Paten AS 62/477.858), yang telah dilisensikan secara komersial untuk teknologi batang. Pasca terdaftar sebagai penemu pada paten ini. Penulis lain menyatakan tidak ada kepentingan yang bersaing.
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
RisalahPos.com Network
