Vascularization of human neural organoids with mesodermal progenitor cells

Viele Organoide sind bisher nur stark vereinfachte Modelle der Originalgewebe, da sie nur aus dem Gewebsparenchym bestehen. Um neurale Organoide näher an das Originalgewebe zu bringen, ist ein wichtiger Schritt mesenchymale Anteile zu integrieren. In dieser Arbeit war die wichtige Fragenstellung, ob neurale Organoide sich mit mesodermalen Progenitorzellen zu einem gemeinsamen Gewebe vereinigen lassen. Um die Generierung von neuro-mesenchymalen Organoiden zu erreichen, wurden geeignete Differenzierungsprotokolle zur Erzeugung neuroepithelialer und mesodermaler Aggregate aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen etabliert. Anschließend wurden die Sphäroide vereinigt und eingehend histologisch charakterisiert. Darüber hinaus wurde die Organoidentwicklung unter dem Einfluss von Hypoxie analysiert. Um die Organoide anschaulich mit der tatsächlichen Embryogenese vergleichen zu können, wurden Schnitte von Hühnerembryonen angefertigt. Die neuro-mesenchymalen Organoide wurden insgesamt 280 Tage kultiviert und an verschieden Zeitpunkten untersucht. Die hier präsentierten Daten zeigen, dass die erzeugten neuro-mesenchymalen Organoide viele Aspekte der natürlichen Embryogenese in Zellkultur nachahmen können. So wurde die Ausbildung neuralrohrähnlicher Strukturen, die von einem perineuralen Gefäßplexus umgeben sind, gezeigt. Des Weiteren wurde eine Interaktion von Astrozyten/radiale Gliazellen mit dem entstehenden Gefäßnetz beobachtet. Schließlich zeigten sich das Einwandern von mikrogliaartigen Zellen aus dem mesenchymalen Organoidteil in das Nervengewebe. Diese Arbeit bildet die Basis für die Generierung neuro-mesenchymaler Organoide als realistisches Modellsystem für die Entwicklung des Nervensystems. Solche Modellsysteme können für die Erforschung von Krankheiten, Toxizitätsstudien sowie Medikamententests verwendet werden.Many organoids are so far only highly simplified models of the original tissues, since they consist only of the tissue parenchyma. To bring neural organoids closer to the original tissue, an important step is to integrate mesenchymal parts. In this work, the important question was whether neural organoids can be assembled with mesodermal progenitor cells to form a common tissue. To achieve the generation of neuro-mesenchymal organoids, appropriate differentiation protocols were established to generate neuroepithelial and mesodermal aggregates from human induced pluripotent stem cells. Subsequently, the spheroids were brought in co-culture and characterized histologically in detail. In addition, organoid development under the influence of hypoxia was analyzed. Sections of chicken embryos were prepared to compare the organoids with actual embryogenesis. The neuro-mesenchymal organoids were cultured for a total of 280 days and examined at different time points. The data presented here show that the generated neuro-mesenchymal organoids can mimic many aspects of natural embryogenesis in cell culture. For example, the formation of neural tube-like structures surrounded by a perineural vascular plexus was demonstrated. Furthermore, interaction of astrocytes/radial glial cells with the developing vascular network was observed. Finally, the migration of microglia-like cells from the mesenchymal organoid part into the neural tissue was shown. This work provides the basis for generating neuro-mesenchymal organoids as a realistic model system for nervous system development. Such model systems can be used for disease modeling, toxicity studies as well as drug testing