Para ilmuwan menemukan model seukuran saku dari bentuk paling umum dari sklerosis lateral amyotrophic (ALS). “Penyakit-on-a-chip,” yang dibuat menggunakan sel induk, dapat membuka jalan bagi perawatan baru untuk kondisi progresif, kata para peneliti.
Di ALS, sel-sel otak dan tulang belakang yang mengontrol gerakan otot sukarela-yang dikenal sebagai neuron motorik-rusak dan mati. Akibatnya, otak tidak dapat lagi mengirim sinyal ke otot, yang menyebabkan gejala kelemahan otot dan kelumpuhan, serta kesulitan berbicara, menelan dan bernafas.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan 3 Juli di jurnal Sel induk selpara ilmuwan meluncurkan model ALS sporadis baru, yang menjelaskan Hingga 95% dari kasus ALS dan terjadi secara spontan tanpa penyebab genetik yang jelas atau riwayat keluarga yang diketahui. Platform meniru tahap awal penyakit dan melakukannya lebih akurat daripada model lab sebelumnya.
Untuk membangun model, para peneliti mengumpulkan sel-sel darah dari pasien ALS onset muda, semuanya di bawah usia 45, dan donor pria yang sehat, yang sel-selnya digunakan untuk membangun chip “sehat”, untuk perbandingan. Sel -sel darah diprogram ulang menjadi sel induk pluripotent yang diinduksi (iPSCs), yang dapat diubah menjadi jenis sel apa pun dalam tubuh. Sel -sel induk kemudian diubah menjadi neuron motorik tulang belakang, yang biasanya memungkinkan gerakan dan merosot dalam ALS.
Set iPSC kedua diubah menjadi sel yang mirip dengan penghalang darah-otak (BBB), yang membantu mencegah kuman berbahaya dan racun memasuki otak. Neuron tulang belakang diunggulkan menjadi satu saluran di dalam chip, sedangkan sel BBB ditempatkan di saluran lain.
Dipisahkan oleh membran berpori, kedua bilik kemudian diperfusi dengan cairan kaya nutrisi untuk meniru aliran darah kontinu. “Chip-Cord Chip” yang dihasilkan mempertahankan kedua set sel hingga sekitar satu bulan dan membantu neuron matang di luar model apa yang tidak diizinkan oleh cairan yang mengalir.
Terkait: Ilmuwan menciptakan 'vagina-on-a-chip' pertama
Chip dasarnya adalah dikembangkan oleh perusahaan biotek dan kemudian disesuaikan untuk digunakan dalam model ALS oleh para peneliti di Cedars-Sinai di Los Angeles, California.
Model ALS sebelumnya juga digunakan Neuron yang diturunkan iPSC Dan struktur meniru yang ditemukan di otaktetapi mereka tidak memiliki aliran dinamis, membuatnya sulit untuk menangkap aspek penyakit tertentu.
“Kita model sebelumnya statis, seperti hidangan sel yang duduk diam, dan tidak bisa membedakan antara ALS dan sel sehat, “kata Studi rekan penulis Clive SvendsenDirektur Eksekutif Dewan Gubernur Regenerative Medicine Institute di Cedars-Sinai. “Kami menciptakan kembali in vitro [lab dish] Lingkungan yang bernafas dan mengalir seperti jaringan manusia, yang memungkinkan kami untuk mendeteksi perbedaan awal dalam neuron ALS. “
Pakar lain setuju. “Tidak seperti kebanyakan model lab yang tidak memiliki fitur vaskular dan aliran dinamis, chip ini meningkatkan kesehatan dan pematangan neuron,” kata Investasi Dr. Kimberlyseorang ahli saraf bersertifikat dan direktur medis di Everwell Neuro, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Ini menangkap sinyal penyakit awal di ALS yang seringkali sulit dideteksi,” kata Idoko kepada Live Science dalam email.
Dengan ALS dan chip yang sehat di tangannya, para peneliti menganalisis aktivitas lebih dari 10.000 gen di semua sel. Salah satu temuan yang paling mencolok adalah pensinyalan glutamat abnormal di neuron dalam chip ALS.
Glutamat adalah messenger kimia rangsang utama, yang berarti membuat neuron lebih mungkin menembak dan mengirimkan pesan ke neuron tambahan; Rekannya, GABA, menghambat. Tim melihat peningkatan aktivitas dalam gen reseptor glutamat dan penurunan aktivitas pada gen reseptor GABA di neuron motorik, dibandingkan dengan chip yang sehat.
“Kami tertarik untuk menemukan peningkatan aktivitas glutamat ini,” kata Svendsen. “Meskipun tidak ada kematian neuron yang terlihat, kami berhipotesis hipereksitabilitas ini dapat memicu degenerasi pada tahap selanjutnya.”
Temuan ini selaras dengan Teori lama tentang ALSyang menunjukkan bahwa pensinyalan glutamat yang ditingkatkan berkontribusi terhadap kerusakan saraf. Itu juga sesuai dengan mekanisme Sebagai riluzole obatyang memblokir glutamat. Chip baru menambah bukti untuk mekanisme ini dan dapat membantu mengungkapkan bagaimana hal itu terwujud pada tahap paling awal, sebelum gejala akan terbukti pada pasien, Svendsen menyarankan.
Sementara Idoko memuji model itu, ia mencatat bahwa itu tidak memiliki sel glial-sel-sel sistem saraf tambahan yang terlibat dalam ALS-dan tidak menangkap degenerasi tahap akhir yang terlihat pada ALS. “Namun, model seperti ini bisa berguna untuk skrining obat awal, untuk mempelajari bagaimana obat dapat melintasi penghalang yang mirip dengan penghalang darah-otak, dalam persiapan untuk studi hewan atau manusia,” katanya.
Tim sekarang berupaya mempertahankan sel -sel dalam model hingga 100 hari. Mereka juga ingin menggabungkan jenis sel lain, seperti sel otot, untuk sepenuhnya meniru perkembangan ALS. Saat neuron motorik mati pada penyakit ini, sel -sel otot juga menyia -nyiakan.
“Tujuan kami sekarang untuk membangun model di mana lebih banyak neuron mati, sehingga kami dapat memetakan jalur penyakit dan uji perawatan dengan lebih baik dalam pengaturan seperti manusia,” kata Svendsen. Untuk saat ini, chip ini menawarkan jendela ke perubahan molekuler ALS yang paling awal dan alat untuk mengetahui cara mendeteksi dan memperlambat penyakit sebelum kerusakan yang tidak dapat diubah terjadi.
