Discussion

Neural organoid는 in vitro에서 인간의 발달과 질병을 탐구할 수 있는 유망한 시스템을 대표하지만, in vivo에 존재하는 회로 연결성의 부족으로 인해 제한된다. 우리는 인간의 세포 발달과 in vivo 기능을 조사하기 위해 early-postnatal immunocompromised rat의 S1에 hCO를 이식하는 새로운 플랫폼을 개발했다. 우리는 t-hCO가 in vitro에서 볼 수 없는 mature cell type을 발달시키고, t-hCO가 해부학적으로나 기능적으로 rodent 뇌에 통합된다는 것을 입증했다. rodent 신경 회로로의 t-hCO의 통합은 인간 세포의 활동과 학습된 동물 행동 사이의 연관성을 확립할 수 있게 해주었으며, 이는 t-hCO 뉴런이 행동 반응을 촉진하기 위해 rat 뉴런의 활동을 조절할 수 있음을 보여준다.

우리가 설명한 플랫폼은 인간 세포를 rodent 뇌에 이식한 이전의 연구들에 비해 몇 가지 장점이 있다. 첫째, 우리는 hCO를 early-postnatal rat의 발달 중인 cerebral cortex에 이식했는데, 이는 아마도 해부학적 및 기능적 통합을 선호할 것이다. 둘째, t-hCO의 MRI 모니터링을 통해 살아있는 동물의 이식 위치 및 성장을 검사할 수 있었고, 여러 동물에 대한 장기 연구를 수행하고 여러 hiPS cell line에 대한 신뢰성을 확립할 수 있었다. 마지막으로, 우리는 해리된 single-cell suspension이 아닌 온전한 organoid를 이식했는데, 이는 인간 세포에 덜 파괴적이고 아마도 쥐의 뇌에서 human cortical neural cell의 단위의 생성과 통합을 용이하게 할 것이다.

우리는 이 플랫폼이 제공하는 발전에도 불구하고 개발 초기 단계에서 이식 후에도 높은 충실도로 인간 신경 회로의 형성을 방해하는 시간적 공간적 및 cross-species limitation이 있다는 것을 인식한다. 예를 들어, 현재 t-hCO에서 관찰된 자발적 활성은 cortical development에서 관찰된 리듬 활성과 유사한 발달 표현형을 나타내는 것인지, 아니면 t-hCO에 존재하는 억제 세포 유형의 부족과 관련이 있는지는 불분명하다. 마찬가지로, t-hCO의 라미네이션 부족이 회로 연결성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있을지는 불확실하다. 향후 연구는 assembloid를 사용하여 in vitro에서 보여진 바와 같이 인간 microglia, 인간 endothelial cell 및 다양한 비율의 GABAergic intereuron과 같은 다른 세포 유형을 통합하는 것과 transcriptional, synaptic and behavioural level에서 환자 유래 t-hCO에서 신경 통합과 처리가 어떻게 변경될 수 있는지 이해하는 것을 목표로 할 것이다.

전반적으로, 이 in vivo 플랫폼은 인간의 뇌 발달과 질병에 대한 in vitro를 보완하는 강력한 자원을 나타낸다. 우리는 이 플랫폼을 통해 달리 이해하기 어려웠던 환자 유래 세포에서 circuit-level phenotype을 발견하고 새로운 치료 전략을 테스트할 수 있을 것으로 기대한다.