- Vědcům se podařilo zmrazit a rozmrazit lidskou mozkovou tkáň, aniž by došlo k jejímu poškození
- Vědci louhovali mozek v roztoku MEDY a pak jej zmrazili na 18 měsíců
- Po rozmrazení zjistili, že mozkové organoidy dokázaly fungovat a růst i 150 dnů po rozmrazení
Lékařům z Univerzitního Národního dětského lékařského centra se podařil revoluční počin, a to zmrazit a rozmrazit lidskou mozkovou tkáň, aniž by došlo k jejímu poškození. Tento průlomový objev otevírá dveře k dříve nemožným oblastem výzkumu a k novým léčebným postupům neurologických onemocnění.
Zásadní překážka překonána, díky roztoku MEDY
Mozková tkáň je extrémně citlivá na vnější faktory a dosud se ji nedařilo zmrazit a rozmrazit bez nevratného poškození. To představovalo značnou překážku pro studium neurologických onemocnění a vývoj inovativních terapií. Vědci z Národního dětského lékařského centra tento bariérový úkol překonali inovativní technikou kryokonzervování, která chrání mozkovou tkáň během procesu zmrazování a rozmrazování.
Jádro této techniky spočívá v použití speciálního roztoku MEDY. Roztok MEDY je tvořený směsí etylenglykolu, metylcelulózy, DMSO a Y27632 a je klíčovou součástí úspěšného zmrazení a rozmrazení mozkové tkáně. Každá složka tohoto roztoku hraje zásadní roli při ochraně buněk před poškozením během kryokonzervace. Například etylenglykol je známý jako účinný kryoprotektant, který snižuje tvorbu ledových krystalů během zmrazování. Etylenglykol pomáhá udržovat buněčnou integritu tím, že brání tvorbě těchto krystalů a zajišťuje hladší přechod mezi tekutým a pevným stavem během zmrazování.
Další důležitou částí je metylcelulóza , která působí jako viskoelastický polymer, který zvyšuje viskozitu roztoku. Tato vlastnost pomáhá stabilizovat buněčné membrány a další jemné struktury v mozkové tkáni během zmrazování a rozmrazování. DMSO (dimethylsulfoxid) je dalším silným kryoprotektantem, který se často používá při kryokonzervaci různých typů buněk a tkání. DMSO proniká buněčnými membránami a chrání buňky před osmotickým stresem a dehydratací, které mohou nastat při rychlém zmrazování. Poslední zmíněnou částí roztoku MEDY je je Y27632. Jedná se o enzym, který hraje klíčovou roli v regulaci cytoskeletu a buněčné smrti. Přidání Y27632 do roztoku MEDY pomáhá inhibovat apoptózu, což je proces programované buněčné smrti. Tento inhibitor zajišťuje, že buňky zůstanou životaschopné a funkční po celou dobu zmrazování a následného rozmrazování.
Po důkladném testování různých koncentrací a expozičních dob se vědcům podařilo optimalizovat složení roztoku pro maximální ochranu mozkové tkáně. Před zmrazením pomocí tekutého dusíku byly mozkové organoidy, vypěstované z kmenových buněk, namočeny v roztoku MEDY. Tento proces měl zajistit, že všechny buňky v organoidech budou rovnoměrně chráněny před poškozením ledovými krystaly a osmotickým stresem. Výzkumníci sledovali, jak roztok ovlivňuje buněčnou životaschopnost a funkčnost po rozmrazení. Testovali různé koncentrace a časy namáčení, aby zjistili optimální podmínky pro kryokonzervaci. Nakonec byla lidská mozková tkáň zmrazena na 18 měsíců.
Mozkové organoidy po rozmrazení rostou až 150 dní
Transkriptomická analýza, která zkoumá změny v expresi genů, ukázala, že roztok MEDY může chránit spojení mezi mozkovými buňkami (synapsy) a bránit jejich předčasnému odumírání (apoptóza). To je důležité pro zachování funkčnosti mozkové tkáně po rozmrazení. Roztok MEDY umožňuje vědcům uchovávat a studovat živou mozkovou tkáň po delší dobu, aniž by se tkáně poškodily. To otevírá dveře k rozsáhlejšímu výzkumu mozkových onemocnění a vývoji nových léčebných postupů.
V závěrečné fázi svého výzkumu tým otestoval použitelnost techniky na vzorku mozkové tkáně získané od lidského pacienta s epilepsií. Výsledky ukázaly, že MEDY chrání i lidskou mozkovou tkáň před poškozením během procesu zmrazování a rozmrazování. Struktura mozkových buněk zůstala neporušená, a dokonce se zachovaly patologické projevy epilepsie. To představuje klíčový průlom, jelikož umožňuje zmrazení vzorků mozkové tkáně pro pozdější studium a analýzu bez zkreslení výsledků zmrazovacím procesem.
Po rozmrazení byly organoidy ponechány růst až 150 dní, aby vědci mohli sledovat jejich dlouhodobou životaschopnost a funkčnost. Výsledky ukázaly, že organoidy, které prošly zmrazením a rozmrazením za použití roztoku MEDY, vykazovaly minimální rozdíly v porovnání s kontrolními organoidy, které nebyly zmrazeny. Tyto výsledky potvrzují, že roztok MEDY poskytuje účinnou ochranu mozkové tkáně během kryokonzervace.
Tým pod vedením Dr. Zhichenga Shaoa z Fudanské univerzity v Šanghaji v Číně zdůrazňuje, že „čerstvá, životaschopná lidská mozková tkáň s přirozenými patologickými rysy“ představuje spolehlivější model pro studium neurologických onemocnění ve srovnání s mozkovými organoidy. Výzkumníci vyzdvihují potřebu spolehlivé technologie kryokonzervace pro čerstvou životaschopnou lidskou mozkovou tkáň a mozkové organoidy. Tato technologie by mohla najít uplatnění v široké škále oblastí, včetně studia patologických mechanismů mozkových onemocnění, transplantace organoidů při poranění mozku a usnadnění objevování nových léčiv.
Tento revoluční objev otevírá novou kapitolu v neurovědě. Umožňuje rozsáhlé a spolehlivé skladování mozkových organoidů a živé mozkové tkáně, čímž usnadňuje rozsáhlý výzkum neurologických poruch a testování nových léčiv. V budoucnu by tato technologie mohla vést k revolučním léčebným postupům, jako je transplantace zmrazených mozkových buněk pro pacienty s poškozením mozku nebo neurodegenerativními onemocněními.
