Nuovo modello 3D per studiare il cervello, l'organoide oblungo

Sviluppato un nuovo modello 3D per studiare il cervello umano: è un organoide dalla forma allungata, e non sferica come quelli usati finora, che consente per la prima volta di riprodurre aspetti salienti della polarità antero-posteriore della corteccia cerebrale umana aprendo nuove possibilità per lo studio delle malattie, in particolare quelle che hanno radici nelle fasi precoci di sviluppo come l’autismo. Il risultato è nature.com/articles/s41592-024-02412-5">pubblicato sulla rivista Nature Methods dal gruppo di ricerca internazionale guidato da Veronica Krenn, titolare della borsa di studio Human Technopole Early Career presso l'Università di Milano-Bicocca, in collaborazione con il team guidato da Jurgen Knoblich dell’Istituto di Biotecnologia Molecolare dell’Accademia delle scienze austriaca e il team di Giuseppe Testa allo Human Technopole di Milano.

Gli organoidi cerebrali, sviluppati una decina di anni fa proprio dal gruppo di Knoblich, sono modelli tridimensionali derivati da cellule staminali pluripotenti. Ad oggi sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo per studiare lo sviluppo del cervello umano, per rispondere a domande fondamentali su come la corteccia umana possa raggiungere le sue grandi dimensioni e per conoscere l’origine delle malattie del cervello.

Finora gli organoidi della corteccia cerebrale erano sferici come palloni da calcio in miniatura e relativamente omogenei. Questa struttura è molto diversa da quella della corteccia umana, oblunga e strutturata in una mappa di domini distinti che vanno dalla parte frontale a quella posteriore. Per questo, ora i ricercatori hanno sviluppato un nuovo protocollo per generare organoidi allungati organizzati in domini distinti lungo l'asse longitudinale, in modo analogo alla polarità della corteccia.

Gli organoidi allungati sono stati inizialmente progettati utilizzando degli appositi stampi, poi sono stati sviluppati posizionando in modo asimmetrico una fonte di una molecola di segnalazione chiamata Fgf8. Questo ha permesso di "creare cellule con identità distinte lungo l’asse longitudinale di un singolo organoide allungato, formando una mappa simile a quella della corteccia umana negli stadi molto precoci di sviluppo", spiega Krenn. Usando il nuovo modello, i ricercatori sono riusciti a identificare uno dei fattori cruciali per la creazione di questa mappa della corteccia, il gene FGFR3, le cui mutazioni sono la causa di una displasia scheletrica, l'acondroplasia.

"Questi organoidi corticali polarizzati – continua Krenn - rappresentano un importante passo avanti nella riproduzione in laboratorio delle prime fasi alla base dello sviluppo della corteccia. Siamo molto entusiasti di poter utilizzare questa nuova tecnologia per approfondire i meccanismi di geni malattia e come i fattori di rischio che contribuiscono all’insorgere di malattie mentali possono alterare questi processi cruciali".