Защо церебралните органоиди са най-подходящи за откриването на нови лекарства за нервни разстройства?

Неврологичните заболявания, като болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, амиотрофичната латерална склероза, инсулт и мозъчни травми, представляват значителна тежест за обществото и засягат стотици милиони хора по света. В момента тези нарушения са водеща причина за инвалидност и втората най-голяма причина за фатален изход в света и все пак не съществува ефективно лечение за много от тези заболявания.
За съжаление неврологията е една от най-податливите на провал области в процеса на разработване на лекарства, въпреки значителните инвестиции в тази насока. Множество проучвания в тази област не успяха да покажат забележителен напредък, който би могъл да помогне при откриването на лечения за неврологични разстройства.
Моделирането на мозъка остава прекалено голямо предизвикателство поради присъщата му сложност – основен фактор, който значително възпрепятства напредъка в лечението на неврологични нарушения. Тази сложност започва още на клетъчно ниво. Човешкият мозък е съставен от клетъчна хетерогенност (многообразие) с приблизително 170 милиарда клетки, организирани в сложна мрежа с 86 милиарда неврони и 85 милиарда не-невронални клетки (включващи глиални клетки – сред които микроглиални клетки, резидентни имунни клетки на централната нервна система – и ендотелни клетки).
В допълнение, невроните са организирани в сложна невронална мрежа, за която се смята, че се състои от близо 1014 синапса, с приблизително 7000 синапса на неврон в неокортекса, осигурявайки невронална комуникация чрез химическо и електрофизиологично сигнализиране.
Друг параметър, който пречи на това непълно разбиране на мозъка, е неговата пластичност, чиято роля остава неразгадана. Невропластичността може да доведе до реорганизация на невронната мрежа, до подсилени или потиснати синапси или дори до промяна на функциите на дадена невронална популация. Въпреки това, механизмът зад възникването на тази пластичност остава под въпрос. Трябва да се отбележи, че мозъкът се счита за имунно-привилегирована тъкан, което означава, че имунните отговори са строго контролирани и регулирани. Такова свойство е полезно за защитата на мозъчните клетки от увреждане, медиирано от имунния отговор, но също така усложнява предсказуемостта на мозъчните реакции към лекарствата.
Уникалната способност на кръвно-мозъчната бариера да филтрира кръвта селективно поставя предизвикателства пред доставянето на лекарства в мозъка и пред оценката на невротоксичността. В контекста на откриването на лекарства, следователно изглежда необходимо да можем да моделираме in vitro функциите на кръвно-мозъчната бариера.
Като цяло тази сложност на човешката централна нервна система усложнява разработването на подходящи и предсказуеми in vitro предклинични модели на патофизиология. Всеки модел има своите предимства и ограничения. Конвенционалните двуизмерни (2D) клетъчни култури са опростени и рентабилни, но информацията, която предоставят, може да е далеч от човешката физиология, тъй като им липсва триизмерност (3D). Системите за 3D клетъчни култури са по-подходящи за моделиране на сложни функции на мозъка in vitro, но им липсва възпроизводимост.
През последното десетилетие различни изследователски групи в академичните среди са разработили протоколи, базирани на плурипотентни стволови клетки (PSCs), за генериране на 3D, многоклетъчни, церебрални органоиди. Използването им при моделиране на мозъчна биология, ранно невронно развитие и придобити и генетични заболявания предостави нови перспективи за церебралната органогенеза.
Технологията орган върху чип (OoC) стана по-широко използвана през последните години поради способността ѝ да имитира физиологични условия в ин витро условия. Комбинацията от церебрални органоиди и микрофлуидни системи, наречени мозъчни органоиди върху чипове, може да ускори фармацевтичното тестване в сравнение с животински модели и 2D култури, като отговори на очакванията както на фармацевтичната, така и на биотехнологичната индустрия.
Церебралните органоиди могат също да бъдат наречени нервни органоиди. Невронните органоиди се използват като общ термин за описание на органоиди, които включват различни видове клетки, принадлежащи към няколко региона на централната нервна система.