Созревание и интеграция в цепи пересаженных человеческих кортикальных органоидов

Органоиды лишены связности, существующей in vivo, что ограничивает их созревание и делает невозможной интеграцию с другими цепями, контролирующими поведение. В настоящей работе показано, что кортикальные органоиды, полученные из человеческих стволовых клеток и пересаженные в соматосенсорную кору новорожденных атимичных крыс, развивают зрелые типы клеток, интегрирующиеся в сенсорные и мотивационно-связанные цепи. МРТ демонстрирует рост органоидов после трансплантации у нескольких линий стволовых клеток и животных, тогда как профиль одноядерной транскрипции показывает прогрессию кортикогенеза и появление программ транскрипции, зависящих от активности. Пересаженные кортикальные нейроны обладают более сложными морфологическими, синаптическими и собственными мембранными свойствами по сравнению с их in vitro аналогами, что позволяет выявлять дефекты в нейронах, полученных от пациентов с синдромом Тимоти. Анатомические и функциональные трейсинга показывают, что пересаженные органоиды получают таламокортекальные и кортикокортекальные входы, а in vivo записи нейронной активности демонстрируют, что эти входы могут вызывать сенсорные ответы в человеческих клетках. Наконец, кортикальные органоиды отращивают аксоны по всему мозгу крысы, и их оптогенетическая активация может вызывать поведение, направленное на поиск вознаграждения. Таким образом, пересаженные человеческие кортикальные нейроны созревают и вовлекают хостовые цепи, контролирующие поведение. Мы ожидаем, что этот подход будет полезен для обнаружения фенотипов на уровне цепей в клетках, полученных от пациентов, которые иначе невозможно выявить.