Microfluidic device with brain extracellular matrix promotes structural and functional maturation of human brain organoids

类有机物 诱导多能干细胞 人脑 细胞外基质 神经科学 生物 细胞生物学 神经发生 人诱导多能干细胞 胚胎干细胞 生物化学 基因
作者
Ann‐Na Cho,Yoonhee Jin,Yeonjoo An,Jin Kim,Yi Sun Choi,Jung Seung Lee,Jung-Hoon Kim,Won‐Young Choi,Dong-Jun Koo,Weonjin Yu,Gyeong-Eon Chang,Dongyoon Kim,Sung‐Hyun Jo,Jihun Kim,Sung-Yon Kim,Yun‐Gon Kim,Ju Young Kim,Nakwon Choi,Eunji Cheong,Young-Joon Kim,H. Shawn Je,Hoon‐Chul Kang,Seung‐Woo Cho
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:217
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24775-5
摘要

Abstract Brain organoids derived from human pluripotent stem cells provide a highly valuable in vitro model to recapitulate human brain development and neurological diseases. However, the current systems for brain organoid culture require further improvement for the reliable production of high-quality organoids. Here, we demonstrate two engineering elements to improve human brain organoid culture, (1) a human brain extracellular matrix to provide brain-specific cues and (2) a microfluidic device with periodic flow to improve the survival and reduce the variability of organoids. A three-dimensional culture modified with brain extracellular matrix significantly enhanced neurogenesis in developing brain organoids from human induced pluripotent stem cells. Cortical layer development, volumetric augmentation, and electrophysiological function of human brain organoids were further improved in a reproducible manner by dynamic culture in microfluidic chamber devices. Our engineering concept of reconstituting brain-mimetic microenvironments facilitates the development of a reliable culture platform for brain organoids, enabling effective modeling and drug development for human brain diseases.

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