Neuroner är de celler i hjärnan som ansvarar för att skicka meddelanden till resten av kroppen, och forskare har länge trott att de är fast i en subtyp när de utvecklas från stamceller, oavsett vad som händer i miljön runt omkring dem.
Ny forskning från Braingeneers, en samarbetsgrupp bestående av forskare från UC Santa Cruz och UC San Francisco, visar att detta traditionella sätt att tänka kring nervcellernas öde kanske inte stämmer.
I en artikel som publicerats i tidskriften iScience beskrivs projektet, som återspeglar Braingeneers expertis i att använda cerebrala organoider- 3D-modeller av hjärnvävnad – för att lära sig mer om hjärnutvecklingens mysterier. Deras insikter kan hjälpa forskare att lära sig mer om hur undertyper av nervceller påverkar neurologiska utvecklingstillstånd och hjärnans övergripande funktion.
”Det här går stick i stäv med idén om att neuronernas identitet är helt stabil”, säger Mohammed Mostajo-Radji, forskare vid UC Santa Cruz Genomics Institute och artikelns huvudförfattare. ”Det får oss alla att tänka om när det gäller hur nervceller faktiskt skapas och upprätthålls, och hur miljön påverkar denna process.”
Modeller som är de första i sitt slag
Det finns två huvudtyper av nervceller i hjärnbarken, det yttersta lagret av hjärnan: excitatoriska, som utgör 80% av nervcellerna, eller hämmande, de återstående 20%. Av de hämmande neuronerna i hjärnbarken är majoriteten (60%) parvalbuminpositiva neuroner.
Dessa hämmande celler har kontroll över plasticiteten i hjärnan, vilket påverkar den tidsperiod under vilken en person har förmågan att lära sig ett nytt språk utan accent, eller förstärka andra sinnen efter att ha förlorat ett. De anses också vara inblandade i många neurologiska utvecklingsstörningar, bland annat autism och schizofreni.
Den här artikeln visar att forskarna kunde skapa ett stort antal parvalbuminpositiva neuroner i levande modeller i labbet, vilket är första gången som forskare har kunnat producera mer än bara ett litet antal av dessa celler. Dessa hjärnceller transplanterades till och odlades i cerebrala organoider, och forskarna tror att 3D-strukturen, som mer efterliknar hjärnan, kan ha varit nyckeln till genombrottet.
”Jag tror att en del av svaret är att det inte fungerar om man försöker med 2D-modeller”, säger Mostajo-Radji. ”Vi ger vad jag tror är det första beviset på att man behöver en 3D-miljö. Det kan utmana oss att fundera över vilka andra celltyper vi fortfarande inte kan tillverka in vitro, och om det beror på att vi alltid trott att allt kan göras i 2D, men att de faktiskt behöver en 3D-miljö.”
Möjligheten att producera och underhålla dessa parvalbuminpositiva neuroner i labbet öppnar dörren för ett brett spektrum av forskning kring dessa viktiga celltyper. Forskarna kan lära sig mer om deras roll vid neurologiska utvecklingssjukdomar och i hjärnan som helhet.
”När man tänker på att sätta ihop hjärnmodeller är det faktiskt ganska kritiskt att sakna den här celltypen”, säger Mostajo-Radji. ”Nu kan vi skapa en mer realistisk modell av hjärnan.”
Förändrad identitet
För att ytterligare utmana idén om att dessa celler har en fast identitet undersökte forskarna hur den yttre miljön runt subtyper av nervceller kan påverka cellens identitet.
För att göra det tog de en annan typ av hämmande neuron, som kallas somatostatinneuron, och lade till dem i 3D-organoidmodellen. De observerade att under dessa förhållanden övergick vissa somatostatin-neuroner till parvalbumin-positiva neuroner.
Även om de inte är säkra på de exakta genetiska och miljömässiga förhållandena som möjliggjorde övergången, öppnar bara vetskapen om att denna förändring kan ske i levande celler i labbet upp för möjligheten att processerna kan ske i hjärnan också.
”Det är möjligt att den här processen med att ändra identitet faktiskt kan ske naturligt i hjärnan”, säger Mostajo-Radji. ”Vi vet inte det ännu, men det kanske finns en process där detta faktiskt har observerats i hjärnan, men förbisetts. Det är ett spännande fönster som vi borde utforska, och några andra laboratorier runt om i landet börjar tänka på samma sätt.”
Även om de har några inledande idéer om vilka genetiska vägar som kan spela in, vill forskarna ytterligare utforska vilka faktorer som är ansvariga för att möjliggöra denna flytande neuronala identitet. Forskarna vill också undersöka de excitatoriska cellerna närmare för att ta reda på hur de påverkar de inhibitoriska cellernas öde.
För mer information: Mohammed A. Mostajo-Radji et al, Fate plasticity of interneuron specification, iScience (2025). DOI: 10.1016/j.isci.2025.112295
