Engineering High-Fidelity Human Cochlear Organoids

工程高保真人类耳蜗类器官

基本信息

  • 批准号:
    10641936
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Loss of sensory hair cells and/or innervating neurons in the cochlea causes irreversible hearing loss in humans. However, progress on research for realizing biological restoration of hearing has been hampered due to the paucity of human cochlear tissues. My laboratory recently developed a novel organoid system to generate inner ear sensory epithelia containing functional sensory hair cells from aggregates of human pluripotent stem cells in 3D culture. While these first-generation organoids are a valuable tool for studying human inner ear development, they only generate hair cells with structural and functional properties of native vestibular hair cells and fail to produce any cochlear cell types. Another limitation with our original system is the lack of central nervous system components. To overcome these limitations, we aim at developing a next- generation human microphysiological system that more faithfully recapitulates development of the auditory periphery and brainstem. In Aim 1, we will carry out genetic programming and a small-scale CRISPR screen to increase the number of outer hair cells arising in cochlear organoids. The identity of derived hair cells will be validated by single-cell electrophysiology, electron microscopy and single-cell RNA-sequencing. Additionally, maturation of derived hair cells will be promoted by thyroid hormone treatments. In Aim 2, we will establish novel human cochlear-hindbrain assembloids and assess afferent neural circuit development in these assembloids. In Aim 3, we will develop dynamic/tunable hydrogels and test if introducing a spatial gradient of stiffness in the microenvironment during organoid formation can affect tissue patterning or cellular differentiation. Spatial gradients of signaling molecules will be also introduced in hydrogels to test if the dorso- ventral axis formation can be recapitulated during organoid differentiation. The outcome of this study will provide a paradigm-changing approach for studying normal and pathological development of cochlear hair cells and their ascending neural circuits.
项目摘要 耳蜗中感觉毛细胞的丧失和/或神经神经元导致不可逆的听力丧失 人类。但是,实现听力恢复生物学恢复的研究进展已受到应有的影响 由于人类耳蜗组织的匮乏。我的实验室最近开发了一种新型的类器官系统 产生内耳的感觉上皮,其中包含来自人类聚集体的功能性感觉毛细胞 3D培养中的多能干细胞。尽管这些第一代器官是研究的宝贵工具 人内耳的发展,它们仅生成具有天然结构和功能特性的毛细胞 前庭毛细胞,无法产生任何耳蜗细胞类型。我们原始系统的另一个限制是 缺乏中枢神经系统成分。为了克服这些局限性,我们旨在开发下一个 一代人类的微生物生理系统,更忠实地概括了听觉的发展 周围和脑干。在AIM 1中,我们将进行基因编程和小规模的CRISPR屏幕 增加人工耳蜗中产生的外毛细胞数量。衍生毛细胞的身份将是 通过单细胞电生理学,电子显微镜和单细胞RNA测序验证。此外, 衍生毛细胞的成熟将通过甲状腺激素治疗来促进。在AIM 2中,我们将建立 新型人工耳蜗脑组合体并评估这些传入神经回路的发展 组合。在AIM 3中,我们将开发动态/可调水凝胶,并在引入空间梯度时测试 器官形成过程中微环境中的刚度会影响组织图案或细胞 分化。信号分子的空间梯度也将在水凝胶中引入,以测试dorso- 可以在器官分化过程中概括腹轴的形成。这项研究的结果将 提供一种改变范式的方法,用于研究耳蜗的正常和病理发展 细胞及其上升的神经回路。

项目成果

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