Using Brain Organoids to Explore Human Neurobiology.

چکیده اصلی

One of the major challenges in neuroscience is understanding how the human brain develops into a highly organized and functionally integrated organ, because many developmental processes cannot be investigated directly in humans and are not fully recapitulated in animal models. Brain organoids derived from human pluripotent stem cells have emerged as powerful three-dimensional (3D) experimental models that recapitulate key features of human neurodevelopment, including regional patterning, cellular diversification, and neural circuit assembly. Recent advances in long-term organoid culture, organoid bioengineering, vascularization, assembloid technology, transplantation, multi-omics, and artificial intelligence have substantially expanded the applications of brain organoids to investigate human neurodevelopment, model neurological disorders, support drug discovery, and advance therapeutic development. Integration of single-cell and spatial multi-omics with computational approaches has enabled robust molecular benchmarking, assessment of developmental fidelity, and evaluation of organoid reproducibility, facilitating direct comparison with primary human fetal brain tissue. However, current organoid systems remain limited owing to incomplete cellular and tissue complexity, inter-organoid variability, limited vascularization, limited functional maturation, and incomplete physiological integration. Continued advances in tissue engineering, computational biology, and standardized differentiation protocols are expected to enhance the biological fidelity and translational utility of brain organoids for basic and translational neuroscience, as well as mechanistic and translational research.

ترجمه فارسی چکیده

یکی از چالش‌های بزرگ در علوم اعصاب، درک این است که مغز انسان چگونه به یک اندام سازمان‌یافته و کارکردی یکپارچه توسعه می‌یابد، زیرا بسیاری از فرآیندهای تکاملی را نمی‌توان مستقیماً در انسان بررسی کرد و در مدل‌های حیوانی به‌طور کامل بازتولید نمی‌شوند. ارگانیت‌های مغزی حاصل از سلول‌های بنیادی چندظرفیتی انسان به عنوان مدل‌های آزمایشی سه‌بعدی قدرتمندی ظهور کرده‌اند که ویژگی‌های کلیدی رشد عصبی انسان را بازتولید می‌کنند، از جمله الگوسازی منطقه‌ای، تنوع سلولی و تشکیل مسیرهای عصبی. پیشرفت‌های اخیر در کشت بلندمدت ارگانیت‌ها، مهندسی زیستی، ایجاد عروق، تکنولوژی آsembلوید، پیوند، اومیکس‌های چندگانه و هوش مصنوعی کاربردهای ارگانیت‌های مغزی را برای بررسی رشد عصبی انسان، مدل‌سازی اختلالات عصبی، پشتیبانی از کشف دارو و پیشرفت توسعه درمانی به‌طور قابل توجهی گسترش داده است. ادغام اومیکس‌های تک‌سلولی و مکانی با رویکردهای محاسباتی امکان مقایسه‌سازی مولکولی قوی، ارزیابی وفاداری تکاملی و ارزیابی تکرارپذیری ارگانیت‌ها را فراهم کرده است که مقایسه مستقیم با بافت جنینی انسان را تسهیل می‌کند. با این حال، سیستم‌های ارگانیتی فعلی به دلیل پیچیدگی ناقص سلولی و بافتی، متغیر بین ارگانیت‌ها، عروق‌بندی محدود، بلوغ کارکردی محدود و یکپارچگی فیزیولوژیک ناقص محدودیت دارند. پیشرفت‌های مداوم در مهندسی بافت، زیست‌شناسی محاسباتی و پروتکل‌های استانداردسازی شده تفاوت، انتظار می‌رود که وفاداری زیستی و کاربرد ترجمه‌ای ارگانیت‌های مغزی را برای علوم اعصاب پایه و ترجمه‌ای، به همراه تحقیقات مکانیکی و ترجمه‌ای، ارتقا دهد.

متن کامل اصلی