Progetto di ricerca condotto da due collaboratori dei Laboratori di Ricerca Traslazionale EOC

Il progetto ha ottenuto 1.8 mio CHF di finanziamento dallo Swiss National Science Foundation SNSF .

Le cellule staminali pluripotenti e gli organoidi di cervello rappresentano tecnologie all’avanguardia per lo studio di aspetti chiave della fisio-patologia del cervello. Tuttavia una delle principali limitazioni dei modelli attuali è l’assenza di una vascolarizzazione funzionale degli organoidi, che impedisce lo sviluppo di architetture sempre più complesse. Infatti, i capillari del cervello non si limitano al trasporto di nutrienti ma sono coinvolti in processi chiave dello sviluppo e della maturazione di questo organo.

Attraverso l’integrazione di competenze in cellule staminali, biologia dello sviluppo, bioingegneria e biologia vascolare, proponiamo di sviluppare una metodologia innovativa per la vascolarizzazione di organoidi di cervello. Questo approccio consentirà di studiare meccanismi chiave del differenziamento di cellule progenitrici neurali e della formazione di architetture sempre più complesse del cervello.

Per raggiungere questo obiettivo, proponiamo di combinare microfabbricazione e simulazioni computazionali per sviluppare una piattaforma in grado di ospitare organoidi di cervello di scala millimetrica. La piattaforma sarà compatibile con tecnologie all’avanguardia, tra cui microscopi confocali automatizzati e robot per la semina automatica, per poter generare tessuti vascolarizzati in modo altamente riproducibile e controllato.

Il progetto consentirà quindi di sviluppare una nuova metodologia per generare organoidi di cervello vascolarizzati in grado di sopravvivere per lunghi periodi di tempo (da settimane a mesi) e di identificare alcuni meccanismi chiave del processo di neurogenesi. Infine, la generazione di organoidi vascolarizzati consentirà di sviluppare in futuro nuove linee di ricerca con l’obiettivo di rispondere a molteplici domande biologiche legate al cervello, dallo sviluppo di tumori alla progressione dei processi neurodegenerativi.

English version

Human pluripotent stem cells (hPSCs) and brain organoids represent breakthrough technologies that allow the recapitulation of specific aspects of the human brain. However, one of the most striking shortcomings of hPSC-derived brain organoids is the lack of functional vascularization, which remains a major challenge in the development of increasingly complex architectures. Apart from providing nutrients to the organoid core, the specialized vasculature of the brain is also involved in key developmental processes.

By integrating expertise in stem cells, developmental biology, bioengineering and vascular biology, we propose to design a robust methodology for the vascularization of hPSC-derived brain organoids that will be used to shed light on basic biological mechanisms driving the differentiation of neural progenitor cells and the development of more complex brain architectures.

To reach this goal, we will combine microfabrication and computational simulations to design a platform hosting millimeter-scale human brain organoids. This platform will be compatible with high-content imaging, automated seeding and liquid handling to reproducibly culture brain organoids and their vascular microenvironment.

Overall, the project will result in a novel methodology to develop long-lasting, vascularized human brain organoids derived from hPSCs and will provide a vasculature-focused, detailed overview of the molecular drivers of neurogenesis. The vascularized hPSC-derived brain organoids will lay the foundation for new research directions aimed at addressing biological questions beyond developmental biology, including the progression of brain tumors and neurodegenerative diseases.

LRTEOC – Laboratory Research Translational https://lrteoc.ch/