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Organoidi cerebrali

Organoidi cerebrali

Gli organoidi cerebrali sono modelli tissutali 3D che rappresentano una o più regioni del cervello. Permettono di sopperire agli inconvenienti associati ai modelli convenzionali basati su cervelli autoptici e di animali, fornendo risultati clinicamente rilevanti.

Gli organoidi cerebrali hanno origine da cellule staminali pluripotenti indotte umane (human induced Pluripotent Stem Cells, hiPSC). Quando coltivati nel terreno appropriato contenente l’opportuna combinazione di fattori di segnalazione, le cellule staminali si differenziano in varie cellule neurali che maturano nel tempo fino a formare strutture simili a regioni cerebrali come il proencefalo (cerebrale) o il mesencefalo.

Gli organoidi cerebrali presentano notevoli potenzialità per la comprensione dello sviluppo cerebrale e delle malattie neuronali. Inoltre, possono essere utilizzati per studiare i disturbi genetici e gli effetti di composti. Tuttavia, per cogliere l’unicità del cervello umano sono necessari saggi funzionali e sistemi di imaging ad alto contenuto.

Metodi per il monitoraggio e lo sviluppo di organoidi cerebrali

Qui sono descritti i metodi per il monitoraggio degli organoidi cerebrali 3D derivati da iPSC e per la valutazione della loro attività funzionale mediante la registrazione e l’analisi delle oscillazioni del calcio. L’imaging in campo chiaro con segmentazione basata sull’intelligenza artificiale (IA) può aiutare a monitorare la qualità degli organoidi in fase di sviluppo mediante la rilevazione dell’aumento del diametro e della forma. L’attività neuronale degli organoidi cerebrali può essere determinata in base all’attività del calcio. L’imaging confocale permette di rivelare l’attività del calcio per determinare la maturità dei neuroni. Inoltre, l’organizzazione cellulare può essere monitorata mediante imaging confocale con colorazione differenziale.
 

Poster scientifico in primo piano: Monitoraggio dello sviluppo degli organoidi e caratterizzazione delle attività di oscillazione del calcio in organoidi cerebrali 3D derivati da iPSC

Sono stati sviluppati organoidi cerebrali a partire da cellule staminali pluripotenti indotte (induced Pluripotent Stem Cells, iPSC) utilizzando metodi consolidati. Abbiamo monitorato le dimensioni e la morfologia dei microtessuti cerebrali durante un periodo di sviluppo di 4-12 settimane utilizzando i nostri strumenti analitici basati sull’IA, il software di analisi delle immagini IN Carta®, per definire le dimensioni e la forma dei tessuti. Microtessuti selezionati sono stati analizzati mediante imaging confocale durante fasi diverse dello sviluppo per valutare l’organizzazione delle cellule e l’espressione di marcatori neuronali. Per la rilevazione delle attività funzionali, gli organoidi sono stati trattati con coloranti sensibili al calcio, dopodiché sono state registrate le oscillazioni del Ca2+ con il sistema di imaging ad alto contenuto ImageXpress® Confocal HT.ai. Nel complesso dimostriamo che l’uso dell’imaging ad alto contenuto combinato con l’analisi basata sull’IA su organoidi cerebrali 3D è uno strumento promettente per lo screening di composti e le valutazioni di tossicità.

 

Imaging del calcio su organoidi dell’intero cervello

Imaging del calcio su organoidi dell’intero cervello – A partire dalla settimana 4, abbiamo osservato attività del calcio in organoidi cerebrali a cui è stato aggiunto il colorante FLIPR Calcium 6 (in alto a destra). La frequenza dell’attività del calcio era bassa, a suggerire che i neuroni presenti in quel momento nell’organoide erano ancora immaturi. Alla settimana 13, l’attività del calcio è apparsa più sincrona, a suggerire che i neuroni erano interconnessi in una rete funzionale (in basso a destra).

 

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Risorse per gli organoidi cerebrali

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