Microinjeção Direcionada e Eletroporação de Organoides Cerebrais de Primatas para Modificação Genética

Nosso campo de pesquisa é o desenvolvimento e evolução do cérebro de primatas. Estamos tentando entender os fatores subjacentes à expansão neocortical em primatas. Para abordar essa questão de forma prática e eticamente justificável, utilizamos organoides cerebrais como modelo de pesquisa.

Diferenças no desenvolvimento cerebral entre humanos modernos, nós e neandertais surgiram recentemente. Estas diferenças são devidas a um pequeno número de alterações de aminoácidos em proteínas com papéis-chave no desenvolvimento cerebral. Os organoides cerebrais têm sido um sistema modelo crucial nesses estudos.

O estudo do desenvolvimento dos primatas do ponto de vista evolutivo é importante para a realização de estudos de ganho e perda de função. No entanto, macacos, incluindo humanos, naturalmente não podem ser usados para tais experimentos, então a modificação genética de organoides desempenha um papel vital neste campo. Enquanto trabalhava como pós-doutor em meu laboratório, Michael Heide demonstrou que o gene específico humano ARHGAP11B foi uma peça-chave no aumento do tamanho do cérebro durante a evolução humana.

Como líder de grupo no Centro Alemão de Primatas agora, Michael contribuiu com insights cruciais comparando organoides cerebrais humanos versus chimpanzés. Nosso protocolo oferece uma abordagem direcionada para modificações genéticas por micro estruturas ventrículas específicas em vez de cubetas comerciais de eletroporação. Esta abordagem usa uma configuração econômica, incluindo eletroporador de onda quadrada e câmara de eletrodo de placa de Petri em vez de soluções caras de efetores nucleares.

Embora o estudo da função e do desenvolvimento cerebral em primatas por modificação genética seja tecnicamente possível, é metodologicamente exigente, caro e não permitido para grandes macacos. A eletroporação de organoides cerebrais de primatas fornece uma abordagem rápida e econômica para introduzir modificações genéticas em um modelo próximo ao desenvolvimento cerebral de primatas. No futuro, gostaríamos de nos concentrar na caracterização de genes diferencialmente expressos no córtex de diferentes espécies de primatas.

Estudaremos esses genes pela eletroporação de organoides cerebrais de primatas e analisaremos seus potenciais efeitos sobre células progenitoras corticais.