Name: Författare i fokus: Optimera den neurovaskulära utvecklingen av mänsklig hjärnorganoid i kycklingembryo
Uploaded: 2024-02-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Optimizing the Neurovascular Development of Human Brain Organoid in Chick Embryo at JoVE.com

Vi tackar Dr. Alcántara och Dr. Ortega från UB och resten av medlemmarna i Dr. Acostas labb för de insiktsfulla diskussionerna. S.A. är Serra-Hunter-kollega från Generalitat de Catalunya vid Universitat de Barcelona.

Embryona från den vita leghornkycklingen (Gallus gallus) behandlades genom att följa Guide for the Care and Use of Laboratory Animals från Institute of Laboratory Animals Resources, Commission of Life Sciences, National Research Council, USA, och experimenten godkändes av Council for Care and Use of Experimental Animals från University of Barcelona.
1. Icke-styrd beredning av hjärnorganoider
<ol><li>Behåll humana embryonala stamceller av H9 (hESC) i mTESR1 f?...

Ympning av mänskliga hjärnorganoider i det korioallantoiska membranet hos kycklingembryot

<ol>
	<li>Camp, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+cerebral+organoids+recapitulate+gene+expression+programs+of+fetal+neocortex+development.">Human cerebral organoids recapitulate gene expression programs of fetal neocortex development.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (51), 15672-15677 (2015).</li><li>Lancaster, M. A., Knoblich, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organogenesis+in+a+dish:+Modeling+development+and+disease+using+organoid+technologies.">Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies.</a> Science. 345 (6194), 1247125 (2014).</li><li>Yang, Q., Hong, Y., Zhao, T., Song, H., Ming, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+makes+organoids+good+models+of+human+neurogenesis.">What makes organoids good models of human neurogenesis.</a> Front Neurosci. 16, 872794 (2022).</li><li>Sun, X. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+vascularized+brain+organoids+to+study+neurovascular+interactions.">Generation of vascularized brain organoids to study neurovascular interactions.</a> Elife. 11, e76707 (2022).</li><li>Paredes, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oligodendrocyte+precursor+cell+specification+is+regulated+by+bidirectional+neural+progenitor-endothelial+cell+crosstalk.">Oligodendrocyte precursor cell specification is regulated by bidirectional neural progenitor-endothelial cell crosstalk.</a> Nat Neurosci. 24 (4), 478-488 (2021).</li><li>Matsui, T. K., Tsuru, Y., Hasegawa, K., Kuwako, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascularization+of+human+brain+organoids.">Vascularization of human brain organoids.</a> Stem Cells. 39 (8), 1017-1024 (2021).</li><li>Apostolou, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+challenges+in+stem+cell+biology.">Progress and challenges in stem cell biology.</a> Nat Cell Biol. 25 (2), 203-206 (2023).</li><li>Pham, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+human+vascularized+brain+organoids.">Generation of human vascularized brain organoids.</a> Neuroreport. 29 (7), 588-593 (2018).</li><li>Cakir, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+of+human+brain+organoids+with+a+functional+vascular-like+system.">Engineering of human brain organoids with a functional vascular-like system.</a> Nat Methods. 16 (11), 1169-1175 (2019).</li><li>Shi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascularized+human+cortical+organoids+(vorganoids)+model+cortical+development+in+vivo.">Vascularized human cortical organoids (vorganoids) model cortical development in vivo.</a> PLoS Biol. 18 (5), e3000705 (2020).</li><li>Mansour, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vivo+model+of+functional+and+vascularized+human+brain+organoids.">An in vivo model of functional and vascularized human brain organoids.</a> Nat Biotechnol. 36 (5), 432-441 (2018).</li><li>Revah, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maturation+and+circuit+integration+of+transplanted+human+cortical+organoids.">Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids.</a> Nature. 610 (7931), 319-326 (2022).</li><li>Ribatti, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chicken+chorioallantoic+membrane+angiogenesis+model.">Chicken chorioallantoic membrane angiogenesis model.</a> Methods Mol Biol. 843, 47-57 (2012).</li><li>Nowak-Sliwinska, P., Segura, T., Iruela-Arispe, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chicken+chorioallantoic+membrane+model+in+biology,+medicine+and+bioengineering.">The chicken chorioallantoic membrane model in biology, medicine and bioengineering.</a> Angiogenesis. 17 (4), 779-804 (2014).</li><li>Kennedy, D. C., Coen, B., Wheatley, A. M., Mccullagh, K. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microvascular+experimentation+in+the+chick+chorioallantoic+membrane+as+a+model+for+screening+angiogenic+agents+including+from+gene-modified+cells.">Microvascular experimentation in the chick chorioallantoic membrane as a model for screening angiogenic agents including from gene-modified cells.</a> Int J Mol Sci. 23 (1), 452 (2021).</li><li>Garreta, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fine+tuning+the+extracellular+environment+accelerates+the+derivation+of+kidney+organoids+from+human+pluripotent+stem+cells.">Fine tuning the extracellular environment accelerates the derivation of kidney organoids from human pluripotent stem cells.</a> Nat Mater. 18 (4), 397-405 (2019).</li><li>Kaisto, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+renal+organoid+and+organotypic+culture+for+vascularization,+extended+development,+and+improved+microscopy+imaging.">Optimization of renal organoid and organotypic culture for vascularization, extended development, and improved microscopy imaging.</a> J Vis Exp. (157), e60995 (2020).</li><li>Varzideh, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+cardiomyocytes+undergo+enhanced+maturation+in+embryonic+stem+cell-derived+organoid+transplants.">Human cardiomyocytes undergo enhanced maturation in embryonic stem cell-derived organoid transplants.</a> Biomaterials. 192, 537-550 (2019).</li><li>Komatsu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cam+model+for+cic-dux4+sarcoma+and+its+potential+use+for+precision+medicine.">The cam model for cic-dux4 sarcoma and its potential use for precision medicine.</a> Cells. 10 (10), 2613 (2021).</li><li>Worsdorfer, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+complex+human+organoid+models+including+vascular+networks+by+incorporation+of+mesodermal+progenitor+cells.">Generation of complex human organoid models including vascular networks by incorporation of mesodermal progenitor cells.</a> Sci Rep. 9 (1), 15663 (2019).</li><li>Janzer, R. C., Jaff, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Astrocytes+induce+blood-brain+barrier+properties+in+endothelial+cells.">Astrocytes induce blood-brain barrier properties in endothelial cells.</a> Nature. 325 (6101), 253-257 (1987).</li><li>Janzer, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+blood-brain+barrier:+Cellular+basis.">The blood-brain barrier: Cellular basis.</a> J Inherit Metab Dis. 16 (4), 639-647 (1993).</li><li>Lobrinus, J. A., Juillerat-Jeanneret, L., Darekar, P., Schlosshauer, B., Janzer, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+the+blood-brain+barrier+specific+ht7+and+neurothelin+epitopes+in+endothelial+cells+of+the+chick+chorioallantoic+vessels+by+a+soluble+factor+derived+from+astrocytes.">Induction of the blood-brain barrier specific ht7 and neurothelin epitopes in endothelial cells of the chick chorioallantoic vessels by a soluble factor derived from astrocytes.</a> Brain Res Dev Brain Res. 70 (2), 207-211 (1992).</li><li>Holash, J. A., Stewart, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chorioallantoic+membrane+(cam)+vessels+do+not+respond+to+blood-brain+barrier+(bbb)+induction.">Chorioallantoic membrane (cam) vessels do not respond to blood-brain barrier (bbb) induction.</a> Adv Exp Med Biol. 331, 223-228 (1993).</li><li>Holash, J. A., Noden, D. M., Stewart, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Re-evaluating+the+role+of+astrocytes+in+blood-brain+barrier+induction.">Re-evaluating the role of astrocytes in blood-brain barrier induction.</a> Dev Dyn. 197 (1), 14-25 (1993).</li><li>Giandomenico, S. L., Sutcliffe, M., Lancaster, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+and+long-term+culture+of+advanced+cerebral+organoids+for+studying+later+stages+of+neural+development.">Generation and long-term culture of advanced cerebral organoids for studying later stages of neural development.</a> Nat Protoc. 16 (2), 579-602 (2021).</li><li>Wagner-Amos, K., Seymour, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+local+shell+conductance+on+the+vascularisation+of+the+chicken+chorioallantoic+membrane.">Effect of local shell conductance on the vascularisation of the chicken chorioallantoic membrane.</a> Respir Physiol Neurobiol. 134 (2), 155-167 (2003).</li><li>Hamburger, V., Hamilton, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+series+of+normal+stages+in+the+development+of+the+chick+embryo.+1951.">A series of normal stages in the development of the chick embryo. 1951.</a> Dev Dyn. 195 (4), 231-272 (1992).</li><li>Paredes, I., Himmels, P., Ruiz De Almodovar, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurovascular+communication+during+cns+development.">Neurovascular communication during cns development.</a> Dev Cell. 45 (1), 10-32 (2018).</li><li>Hogan, K. A., Ambler, C. A., Chapman, D. L., Bautch, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+tube+patterns+vessels+developmentally+using+the+vegf+signaling+pathway.">The neural tube patterns vessels developmentally using the vegf signaling pathway.</a> Development. 131 (7), 1503-1513 (2004).</li><li>Bozoyan, L., Khlghatyan, J., Saghatelyan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Astrocytes+control+the+development+of+the+migration-promoting+vasculature+scaffold+in+the+postnatal+brain+via+vegf+signaling.">Astrocytes control the development of the migration-promoting vasculature scaffold in the postnatal brain via vegf signaling.</a> J Neurosci. 32 (5), 1687-1704 (2012).</li><li>Himmels, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+neurons+control+blood+vessel+patterning+in+the+developing+spinal+cord.">Motor neurons control blood vessel patterning in the developing spinal cord.</a> Nat Commun. 8, 14583 (2017).</li><li>Di Lullo, E., Kriegstein, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+brain+organoids+to+investigate+neural+development+and+disease.">The use of brain organoids to investigate neural development and disease.</a> Nat Rev Neurosci. 18 (10), 573-584 (2017).</li></ol>

I denna studie beskriver vi ett detaljerat protokoll med många nyckelsteg som ger gynnsam tillväxt och utveckling av mänskliga hjärnorganoider vid transplantation utan att störa överlevnaden av kycklingembryona. Vi rekommenderade användning av sterila nålar för att punktera äggets luftkammare efter 24 timmars inkubation (dag 1). Dessutom försökte vi också göra punkteringen på dag 4 (efter att ha kontrollerat genom äggskalet med ljus för att testa utvecklingen av kärlen för att vara säkra på att vi ba...

Mänskliga hjärnorganoider är en framväxande teknik som gör det möjligt för oss att rekapitulera den tidiga utvecklingen av den mänskliga hjärnan in vitro 1,2,3. Icke desto mindre är en av de största begränsningarna med denna modell bristen på vaskularisering, som spelar oumbärliga roller inte bara i hjärnans homeostas utan också i hjärnans utveckling4. Förutom tillförseln av syre och näringsämnen tyder allt fler bevis på att hjärnans kärlsystem reglerar neural differentiering, migration och synaptogenes under utvecklingen 5,6. Därför finns det ett akut behov av att etablera tillförlitliga modeller som kan ge den saknade vaskulära signaleringen och strukturen till hjärnorganoider, vilket ökar komplexiteten hos mänsklig hjärnorganoid generation7.
Bland de föreslagna metoderna för vaskularisering kan två huvudsakliga strömlinjer övervägas: organoidinympning i en levande organism och rent in vitro-teknik samodling av endotelceller och neurala celler 8,9,10,11,12. Intracerebral transplantation på möss är kostsamt och tidskrävande, vilket gör andra tekniker relevanta för enklare modeller. Chick chorioallantoic membrane (CAM) -analysen har använts i stor utsträckning för att studera angiogenes 13,14,15. Under det senaste decenniet har flera grupper framgångsrikt transplanterat olika typer av organoider, inklusive njure16,17, hjärta18 och tumörorganoider19,20, till KAM. Ändå är lite känt om effektivitet, toxicitet/avstötning, fysiologisk effekt och metoder för att transplantera mänskliga hjärnorganoider i CAM. En annan intressant och ännu outforskad aspekt är bildandet av en chimär blod-hjärnbarriär (BBB) mellan KAM och det organoida astrocytiska gränssnittet. Tidigare banbrytande arbete föreslog den förmodade möjligheten att generera en BBB i CAM genom att transplantera astrocyter och astrocytbetingat medium 21,22,23. Mogna astrocyter verkar dock inte kunna uppnå detta24,25. Således är den astrocyt-inducerade bildningen av BBB fortfarande diskutabel, och transplantation av mänskliga hjärnorganoider skulle göra det möjligt för oss att kasta ljus över denna kontrovers.
Den här videoartikeln beskriver ett protokoll för en transplantation av mänskliga hjärnorganoider till KAM som främjar tillväxt, förbättring och vaskularisering, vilket resulterar i organoider som omfattar histologiskt kompatibla BBB-element. Här presenterar vi ett protokoll som säkerställer överlevnaden av kycklingembryot och rapporterar om KAM-toleransen för att upprätthålla hjärnans organoidtillväxt.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Anti-TUBB3 [Tuj1], mouse&#160;</td>
			<td>BioLegend</td>
			<td>801201</td>
			<td>1:1,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-GFAP, rabbit</td>
			<td>GeneTex</td>
			<td>GTX108711</td>
			<td>1:500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-rabbit AlexaFluor 488, goat.</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A-21206</td>
			<td>1:1,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-mouse AlexaFluor 594, goat</td>
			<td>Jackson ImmunoResearch</td>
			<td>715-585-150</td>
			<td>1:500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fertilized White Leghorn chicken (Gallus gallus) eggs</td>
			<td>Granja Gibert (Cambrils, Spain)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>D1306</td>
			<td>1:10,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPX</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>100579</td>
			<td>xylene-based mounting medium&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentle Dissociation Solution</td>
			<td>CreativeBiolabs</td>
			<td>ITS-0622-YT187</td>
			<td>cell dissociation solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>356234</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mowiol 4-88 mounting media</td>
			<td>Merk</td>
			<td>81381</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper towel, lab-grade</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z188956</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROCK inhibitor Y27632</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SCM075</td>
			<td>10 nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sharp-Point Surgical Scissors</td>
			<td>VWR</td>
			<td>470106-340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superfrost Plus Adhesion Microscope Slides</td>
			<td>Epredia</td>
			<td>J1800AMNZ</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

early unguided human brain organoid neurovascular niche modeling into the permissive chick embryo chorioallantoic membrane

Att transplantera organoider till vaskulariserade vävnader i modelldjur, såsom det immundefekta mus- eller kycklingembryot chorioallantoic membrane (CAM), har visat sig vara effektivt för neovaskulariseringsmodellering. CAM är ett rikt vaskulariserat extraembryonalt membran, som visar begränsad immunreaktivitet, och därmed blir en utmärkt värdmodell för celltransplantationer av mänskligt ursprung.
Denna artikel beskriver strategin för att transplantera mänskliga hjärnorganoider differentierade vid flera mognadsstadier i CAM. Den cellulära sammansättningen av hjärnorganoider förändras med tiden, vilket återspeglar milstolparna i den mänskliga hjärnans utveckling. Vi transplanterade hjärnorganoider vid relevanta mognadsstadier: neuroepitelexpansion (18 DIV), tidig neurogenes (60 DIV) och tidig gliogenes (180 DIV) i KAM hos embryonala dag (E)7 kycklingembryon. Transplanterade hjärnorganoider skördades 5 dagar senare och deras histologiska egenskaper analyserades.
Inga histologiska tecken på neovaskularisering i de transplanterade organoiderna eller onormala blodkärl intill transplantaten upptäcktes. Dessutom observerades anmärkningsvärda förändringar i den cellulära sammansättningen av de ympade organoiderna, nämligen en ökning av antalet gliafibrillära sura proteinpositiva-reaktiva astrocyter. De cytoarkitektoniska förändringarna var dock beroende av organoidens mognadsstadium. Sammantaget tyder dessa resultat på att hjärnorganoider kan växa i CAM, och de visar skillnader i cytoarkitekturen beroende på deras mognadsstadium vid transplantation.

Human brain organoids are an emerging technique that allows us to recapitulate the early development of the human brain in vitro1,2,3. Nevertheless, one of the major limitations of this model is the lack of vascularization, which plays indispensable roles not only in brain homeostasis but also in brain development4. In addition to the delivery of oxygen and nutrients, accumulating evidence suggests that the vascular system of the brain regulates neural differentiation, migration, and synaptogenesis during development5,6. Therefore, there is an urgent need to establish reliable models that can provide the missing vascular signaling and structure to brain organoids, enhancing the complexity of human brain organoid generation7.
Among the proposed methods for vascularization, two main streamlines can be considered: organoid engrafting into a living organism and purely in vitro technologies co-culturing endothelial cells and neural cells8,9,10,11,12. Intracerebral transplantation in mice is costly and time-consuming, making other technologies relevant for simpler models. The chick chorioallantoic membrane (CAM) assay has been used extensively to study angiogenesis13,14,15. In the last decade, several groups have successfully engrafted different types of organoids, including kidney16,17, cardiac18, and tumor organoids19,20, into CAMs. Nevertheless, little is known about the efficacy, toxicity/rejection, physiological effect, and methods to engraft human brain organoids into the CAM. Another interesting and yet unexplored aspect is the formation of a chimeric blood-brain barrier (BBB) between the CAM and the organoid astrocytic interface. Previous pioneering work suggested the putative feasibility of generating a BBB in the CAM by transplanting astrocytes and astrocyte-conditioned medium21,22,23. However, mature astrocytes seem to be unable to achieve this24,25. Thus, the astrocyte-induced formation of the BBB remains debatable, and transplanting human brain organoids would allow us to shed light on this controversy.
This video article describes a protocol for an in ovo human brain organoid transplant into CAM that promotes growth, improvement, and vascularization, resulting in organoids that encompass histologically compatible BBB elements. Here, we present a protocol ensuring the survival of the chicken embryo and report on the permissivity of the CAM to sustain brain organoid growth.

Författare i fokus: Optimera den neurovaskulära utvecklingen av mänsklig hjärnorganoid i kycklingembryo

Tidig ostyrd human hjärnorganoid neurovaskulär nischmodellering i det tillåtande kycklingembryot korioallantoiskt membran

The key questions I aim to address revolve around the mechanisms and processes involving human brain formation in the context of normal development, as well as various pathological states. This includes investigating the factors influencing brain development, such as genetics, environmental, and epigenetic influences. Obtaining brain organoids that closely resemble the adult human brain, including vascularization, blood brain barrier functionality, the presence of microglia and cellular diversity is challenging.Overcoming this is essential for the development of more physiologically relevant brain organoid models that can efficiently mimic the adult human brain to enhance clinical applications. Through our research, we provide optimal conditions for transplanting human brain organoids into chorioallantoic membrane to ensure good development of the microglia. This clinical improvement is central for forthcoming efforts in the field to generate synthetic vascularized environment for brain organoids.The advantage of our protocol compared to other techniques lies in its high effectiveness and cost efficiency. We have achieved a high success rate in transplanting viable organoids using fertile eggs from farm chickens. In the future, our laboratory will focus on conducting functional assessments of neo vasculature associated with organoids, exploring potential use of this vascular design model for application of intravenous nanomedicine.Additionally, we aim to evaluate the biodistribution of these nanomedicines in the human central nervous system.

Val av embryomognadsschema för transplantationen Experimentet börjar vid D0 när befruktade ägg inkuberas vid 38 °C och 60 % relativ luftfuktighet. Det korioallantoiska membranet (CAM) är ett mycket vaskulariserat extraembryonalt membran som utvecklas efter ägginkubation. Den bildas genom en sammansmältning av allantois och chorion. Vid D1, efter 24 timmars inkubation, punkteras luftkammaren för att förhindra att CAM fäster vid det inre skalmembranet. Punktering av luftkammaren vid D1 förb?...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Optimizing the Neurovascular Development of Human Brain Organoid in Chick Embryo at JoVE.com

Här presenterar vi ett protokoll för att transplantera mänskliga hjärnorganoider i flera mognadsstadier i kycklingens korioallantoiska membran (CAM). Hjärnorganoider odlades enligt ostyrda standardiserade protokoll.

Engrafting organoids into vascularized tissues in model animals, such as the immunodeficient mouse or chick embryo chorioallantoic membrane (CAM), has ...

De nyckelfrågor jag vill ta upp kretsar kring de mekanismer och processer som involverar mänsklig hjärnbildning i samband med normal utveckling, samt olika patologiska tillstånd. Detta inkluderar att undersöka de faktorer som påverkar hjärnans utveckling, såsom genetik, miljö och epigenetiska influenser. Att få fram hjärnorganoider som liknar den vuxna mänskliga hjärnan, inklusive vaskularisering, blod-hjärnbarriärens funktionalitet, närvaron av mikroglia och cellulär mångfald är utmanande.Att övervinna detta är avgörande för utvecklingen av mer fysiologiskt relevanta hjärnorganoidmodeller som effektivt kan efterlikna den vuxna mänskliga hjärnan för att förbättra kliniska tillämpningar. Genom vår forskning ger vi optimala förutsättningar för transplantation av mänskliga hjärnorganoider till korioallantoiskt membran för att säkerställa en god utveckling av mikroglia. Denna kliniska förbättring är central för kommande insatser inom området för att skapa en syntetisk vaskulariserad miljö för hjärnorganoider.Fördelen med vårt protokoll jämfört med andra tekniker ligger i dess höga effektivitet och kostnadseffektivitet. Vi har uppnått en hög framgångsgrad när det gäller att transplantera livskraftiga organoider med fertila ägg från gårdskycklingar. I framtiden kommer vårt laboratorium att fokusera på att genomföra funktionella bedömningar av neo-vaskulatur associerad med organoider, och utforska potentiell användning av denna vaskulära designmodell för tillämpning av intravenös nanomedicin.Dessutom strävar vi efter att utvärdera biodistributionen av dessa nanoläkemedel i det mänskliga centrala nervsystemet.

early-unguided-human-brain-organoid-neurovascular-niche-modeling-into

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Early Unguided Human Brain Organoid Neurovascular Niche Modeling into the Permissive Chick Embryo Chorioallantoic Membrane

Engrafting organoids into vascularized tissues in model animals, such as the immunodeficient mouse or chick embryo chorioallantoic membrane (CAM), has proven efficient for neovascularization modeling. The CAM is a richly vascularized extraembryonic membrane, which shows limited immunoreactivity, thus becoming an excellent hosting model for human origin cell transplants.
This paper describes the strategy to engraft human brain organoids differentiated at multiple maturation stages into the CAM. The cellular composition of brain organoids changes with time, reflecting the milestones of human brain development. We grafted brain organoids at relevant maturation stages: neuroepithelial expansion (18 DIV), early neurogenesis (60 DIV), and early gliogenesis (180 DIV) into the CAM of embryonic day (E)7 chicken embryos. Engrafted brain organoids were harvested 5 days later and their histological features were analyzed.
No histological signs of neovascularization in the grafted organoids or abnormal blood vessels adjacent to the graftings were detected. Moreover, remarkable changes were observed in the cellular composition of the grafted organoids, namely, an increase in the number of glial fibrillary acidic protein-positive-reactive astrocytes. However, the cytoarchitectural changes were dependent on the organoid maturation stage. Altogether, these results suggest that brain organoids can grow in the CAM, and they show differences in the cytoarchitecture depending on their maturation stage at grafting.

Here, we present a protocol to engraft human brain organoids at multiple maturation stages into the chick chorioallantoic membrane (CAM). Brain organoids were grown following unguided standardized protocols.