Пут до напретка у претклиничким студијама неуродегенеративних болести повезаних са старењем: перспектива модела глодара и ХиПСЦ изведених, део 4

ХиПСЦ изведени ин витро модели ПД такође су били веома информативни у разјашњавању патофизиолошке прогресије повезане са породичним мутацијама ПД у хиПСЦ ДА неуронским моделима добијеним од пацијената.

ПД је неуродегенеративна болест која обично има одређени утицај на памћење и когнитивне способности пацијента. Међутим, уз континуирани напредак савремене медицине, можемо користити различите методе како бисмо помогли пацијентима да одрже добро памћење.

Прво, редовна вежба може побољшати когнитивне способности и памћење пацијената са ПД. Вежбање може подстаћи циркулацију крви и исхрану мозга нервних ћелија у мозгу, што помаже у одржавању везе и координације између различитих делова мозга, чиме се побољшава укупни когнитивни ниво.

Друго, дијета је такође кључ за побољшање памћења пацијената са ПД. Дијета богата влакнима, мало масти и холестерола је кључ за одржавање здравља мозга. Ова дијета може подстаћи циркулацију крви у мозгу и обезбедити здраве хранљиве материје, које могу заштитити неуроне и успорити напредовање ПД.

Коначно, позитиван став и правилан одмор су такође кључ за побољшање памћења пацијената са ПД. Иако ће ПД донети известан ударац телу и уму, ако можете да задржите оптимистичан став и дате себи мало одмора, можете се ослободити менталног и психолошког стреса и боље одржати памћење.

Укратко, иако ће ПД утицати на памћење, то не значи да не можемо да правимо промене. Кроз одговарајућу вежбу, исхрану и психолошки менаџмент, пацијенти са ПД могу да одрже одређени ниво когнитивних способности и памћења. Види се да морамо побољшати памћење, а Цистанцхе може значајно побољшати памћење, јер је Цистанцхе традиционални кинески лековити материјал са много јединствених ефеката, од којих је једно побољшање памћења. Ефекат Цистанцхеа потиче од различитих активних састојака које садржи, укључујући танинску киселину, полисахариде, флавоноидне гликозиде, итд. Ови састојци могу унапредити здравље мозга на различите начине.

Кликните на сазнајте 10 начина за побољшање меморије

На пример, неурони изведени из хиПСЦ од пацијента са мутацијом ЛРРК2 ГС2019С показали су ћелијске фенотипове повезане са болешћу, укључујући повећану рањивост на оксидативни стрес170 и смањену дужину и број неурита.171

Други примери укључују ДА неуроне изведене из хиПСЦ добијене од пацијената који поседују ПАРК2 мутацију која је показала митохондријалну дисфункцију и морфологију оксидативног стреса172 и неуроне изведене из хиПСЦ-а са А53Т мутацијом и СНЦА трипликацијом који показују карактеристично повећање и акумулацију а-син.17аг.

Штавише, неколико студија је побољшало ове фенотипове болести интервенцијама које имају за циљ исправљање мутираног гена, укључујући ЛРРК2,174ПИНК1,175 СНЦА,140,176 и ГБА1.177 Такви модели демонстрирају корисност хиПСЦ технологије у идентификацији и валидацији нових доказаних циљева лекова и обезбеђују за приступе генској терапији.

ХиПСЦ изведени модели за различите НДД су од тада проширени на низ различитих 2Д и 3Д конфигурација ко-културе, проширујући модуларност и потенцијална основна истраживања и претклиничке примене.

Тренутне конфигурације хиПСЦ изведених НДД модела2Д модела појединачних ћелија и модела ко-културе

Значајан обим рада који користи 2Д културе које се састоје од сингуларних типова ћелија изведених из хиПСЦ-а објављен је у последњој деценији. Ови модели типа појединачних ћелија били су информативни у откривању улоге појединачних ћелијских популација у НДД, као што су спинална мишићна атрофија,178,179 АД, ПД и амиолатерална склероза (АЛС)180 (Слика 1), а осим тога, омогућили су веће разумевање како гени повезани са болестима делују на биолошком нивоу да утичу на ћелијске пертурбације.

ХиПСЦ ћелијски модели су ангажовани у истраживању АД да би се боље разумела улога генетских полиморфизама и мутација у појединачним ћелијским популацијама и како они могу допринети или утицати на болест. У хиПСЦ-базираном АДмоделу, Кондо ет ал.181

примећено повећана акумулација Аб олигомера повезана са повећаном дисфункцијом ендоплазматског ретикулума и оксидативним стресом у хиПСЦ изведеним неуронима и астроцитима добијеним од сАД и фАД пацијената који садрже мутацију АПП Е693Д. ХиПСЦ изведени 2Д индивидуални модели такође су показали велику вредност у проучавању генетског доприноса АПОЕε4, највећег и најпоновљивијег генетског фактора ризика од АД, у различитим моделима нервних ћелија.182

Лин и колеге 183 су користили 2Д културе да открију да изогени астроцити АПОЕε4 изведени из хиПСЦ-а показују велике промене у експресији гена које се односе на акумулацију холестерола и интернализацију Аб42, а обе су критичне хомеостатске функције астроцита, у односу на изогене АПОЕε3 ћелије. Штавише, изогени ε4 астроцити су показали смањену способност експресије и излучивања АПОЕ, што је резултирало смањеном липидацијом.

Појачани раст неурита у дужини и броју неурона, поред појачане секреције Аб, инизогени АПОЕε4 неурони су такође пронађени као патогени допринос у овим моделима.183

У генерисању култура астроцита добијених од неуротипичних појединаца изогених за алеле АПОЕε3 и АПОЕε4, Зхао ет ал.161 су открили да АПОЕε4 астроцити показују нижи статус липидације АПОЕ у поређењу са здравим контролама АПОЕε3, додатно наглашавајући увид стечен из таквог модела.

Употреба 2Д ко-култура је такође омогућила проучавање АПОЕε4 у контексту појединачних ћелијских популација и интеракција ћелија-ћелија и како оне могу допринети патогенези АД.

Проширујући горњи експеримент, након заједничког култивисања хиПСЦ изведених АПОЕε4 астроцита са неуронима, морфолошки и функционални интегритет неурона је био угрожен и показао је инхибицију сазревања у поређењу са њиховим изогеним ε3 контролама.161

Интеракција између различитих неуронских и глијалних ћелија игра критичну улогу у развоју и напредовању АД и ПД, чиме се користи хиПСЦ технологијом за успостављање ин витро модела који опонашају интеракције ћелија-ћелија, а ћелијско микроокружење се показало као високо информативно.

Предност 2Д сингуларних и модела ко-културе је на сличан начин остварена у проучавању доприноса неколико мутација које изазивају ПД ћелијским фенотиповима повезаних са болешћу, као што је смањена виталност ћелија и митохондријална дисфункција.

Ово је први пут демонстрирано у студији Нгуиен ет ал.,170 који су показали да хиПСЦнеуронални модели добијени од пацијената са ПД са мутацијом ЛРРК2 Г2019С показују повећане нивое а-син, појачану регулацију гена укључених у одговор на оксидативни стрес, као и повећану осетљивост на Х2О{{ 6}}индукован оксидативни стрес и ћелијска смрт.

Слично, Санцхез-Данес ет ал.171 проценили су промене у аутофагији у ДА неуронима који су произашли из хиПСЦ пацијената са ПД који су изгубили мутацију ЛРРК2 Г2019С и приметили повишену а-синанду и аутофагичну дисфункцију.

Боље разумевање начина на који ћелијске интеракције подупиру патофизиологију је постигнуто помоћу система модела ко-културе изведених од стране ПСЦ. На пример, показало се да астроцити добијени од хиПСЦ имају заштитну корист у кокултурисаним неуралним прогениторским ћелијама (НПЦ) добијеним од пацијената са ПД након излагања митохондријалним токсинима, ротенону и калијум-цијаниду, што је показано спасавањем дефицита диференцијације и митохондријалне дисфункције.184.

Друга студија је користила кокултуре неурона и астроцита да би истражила утицај мутације ЛРРК2Г2019С која изазива ПД на преслушавање неурона и астроцита. Аутори су известили да је ко-култура контролних хиПСЦ изведених ДА неурона са астроцитима добијеним од пацијента који носе мутацију Г2019С изазвала неуродегенерацију и акумулацију а-син у ДА неуронима.185

Ова студија је илустровала корисност ко-култура у испитивању различитих комбинација генске варијанте/мутације према типовима ћелија да би се открила интеракција ћелија-ћелија и тип/ће ћелије који испољавају патогени ефекат варијанти повезаних са болешћу.

Међутим, 2Д ко-културе формирају микроокружење за интеракције између различитих типова можданих ћелија и још увек су урођено ограничене у својој способности да моделирају сложеност мозга као тродимензионалног ткива и као такве поседују инхерентне препреке у релевантности транслације.

3Д хиПСЦ-изведени модели

Нове технологије су омогућиле истраживачима да почну да генеришу и процењују 3Д хиПСЦ изведене моделе НДД, укључујући ко-културе и органоиде, који су и биохемијски и физиолошки робусни. Органоидни модели. 3Д органоидни модели људског мозга имају за циљ да схвате сложену просторну организацију људског мозга што је ближе могуће у ин витро моделу.

Добијени од хиПСЦ-а, ови органоиди мозга су самоорганизовани и сами обликују 3Д. Поред њихових укупних епигеномских и транскрипционих потписа,186,187, физиолошка својства 3Д органоидних модела, као што су одзив неурона на глутамат, инстинктивна Ца{6}} сигнализација и развој фенотипова ћелијског сазревања, такође су показано да блиско одражавају људско мождано ткиво. .188–190

Недавне студије су генерисале и карактерисале АД и ПД 3Д моделе изведене из хиПСЦ-а, за које се показало да показују патолошке карактеристике на начин који се веома репродуцира.

На пример, Гонзалез ет ал.191 развили су АДбраин органоидни модел који је показао прогресивну акумулацију Аб пептида са структурама сличним плаку и амилоидогеним својствима, као и појавом фосфорилисаног тау и НФТ-а.

Линет ал.183 проширио је ове налазе увођењем изогених АПОЕε3- или АПОЕε4-који носе ћелије налик на микроглију у претходно установљене церебралне органоиде култивисане из хиПСЦ-а који садрже мутацију дупликације АПП-а повезане са АД и приметио је значајно дуго формирање процеса у ћелијама сличним АПОЕε4 микроглијама у поређењу са контролама АПОЕε3, што сугерише ограничену способност сензорних и способности реаговања на ванћелијски Аб.

Недавно су Зхао ет ал.192 генерисали моделе церебралних органоида користећи хиПСЦ-е изведене од пацијената са АД и здравих контрола које носе различите АПОЕ генотипове. АПОЕε4 органоидни модел је показао фенотипове повезане са болестима у поређењу са АПОЕε3 органоидом добијеним од другог донора и изогеним АПОЕε3 органоидним моделом створеним уређивањем генома линије АПОЕε4.

Нежељени ефекат генотипа АПОЕε4 у органоидном моделу рекапитулирао је кључне АД патолошке карактеристике, укључујући губитак синаптичког интегритета, апоптотичку ћелијску смрт, акумулацију Аб и фосфорилисаног тауа и повишене нивое растворљивих АПОЕ, чиме је демонстрирала прикладност система за моделирање не-фАД.

Штавише, ови резултати пружају даљу подршку за патогену улогу АПОЕε4 у АД и његовом потенцијалу као мете за АД.192. Слично, Смитсет ал.193 је генерисао функционални ДА органоидни модел ПД средњег мозга изведен из ткива пацијента са ПД које садржи мутацију ЛРРК ГС2019.

Овај органоидни модел је произвео и излучио ДА и успешно показао повезане карактеристичне патологије у органоидима, као што је смањена количина и сложеност ДА неурона средњег мозга193. Међутим, ГТ приступ који исправља ЛРРК мутацију није био довољан за побољшање фенотипова болести у овом моделу.

Бологнинет ал.194 је такође успоставио 3Д ДА неуронски модел изведен од ПД пацијента са мутацијом ЛРРК2 Г2019С, који је показао знаке митохондријалне дисфункције и измењену морфологију, смањену ДА диференцијацију и сложеност гранања, и повећану прерану ћелијску смрт у поређењу са контролном линијом смрти код младих неурона; неке од ових пертурбација су спасене применом инхибитора ЛРРК2 2 (Инх2).

Међутим, важно је напоменути различита ограничења која су пријављена у коришћењу 3Д органоидних модела, посебно у вези са спонтаним и неконтролисаним начином ћелијског раста и диференцијације који доприноси интерексперименталној варијабилности.

Ослањање на спонтано самосастављање у органоидним моделима може довести до варијација од модела до модела, укључујући хетерогене пропорције ћелија, просторну оријентацију и фенотип болести, чинећи репродуктивност истакнутим проблемом у 3Дцо-култури и моделима органоида.195

Међутим, недавни напредак показује побољшања у поновљивости у 3Д моделима органоида,196 остаје варијабилност идентитета терминалних ћелија,195 и очекује се наставак напретка.

Цо-Цултуре Системс. Недавна биотехнолошка достигнућа су омогућила стварање софистицираних тродимензионалних скела које омогућавају ћелијама добијеним од хиПСЦ-а да расту у моделима заснованим на ко-култури, што олакшава контролисанији приступ у поређењу са органоидима о којима је горе дискутовано, посебно у погледу типа ћелије, сазревања, састава и хомогено излагање ћелија.197

Постојећи модели засновани на ко-култури укључују моделе моторнеурона и неуромишићног споја изведене од пацијената са АЛС; 180 ДА неурона од пацијената са ПД са познатим мутацијама (нпр. ЛРРК2194); трићелијски модели неурона, астроцита и микроглије који моделирају неуроинфламаторну АД окружење;198 и ткиво скелетних мишића.199

Ови модели пружају истраживачима побољшане алате за истраживање улоге просторне организације ткива-ћелија-ћелија и ћелија-матрикс везе, које играју главну улогу у патогенези НДД. Недавна студија Бланцхарда ет ал.200 конструисала је хиПСЦ-изведен 3Д модел ко-културе БББ-а који се састоји од ендотелних ћелија мозга, астроцита и перицита за моделирање АД васкуларних патологија са високом верношћу.

Овај 3Д модел је открио кључну улогу перицита у ћелијама изведеним из АПОЕε4-, које су показале повећану акумулацију БББ Аб пептида и фибрил амилоида као резултат повећане НФАТ-калцинеуринске периците сигнализације.

200 Парк ет ал.198 су такође развили хиПСЦ 3Д три-културни АД модел који се састоји од неурона, астроцита и микроглије на микрофлуидној платформи, која успешно рекапитулира карактеристичне АД карактеристике, укључујући акумулацију фосфорилисаних тау агрегата Аб, као и карактеристике неуроинфламације регрутовање микроглија, ослобађање азотног оксида и накнадни оксидативни стрес.

Иако системи 3Д ко-културе имају за циљ превазилажење горе наведених ограничења уочених у органоидним моделима, њима су такође инхерентна назадовања. Садашњи модели изведени из хиПСЦ-а генеришу неуронске мреже којима недостају критичне карактеристике можданог ткива које желе да представљају, укључујући недостатак васкуларизације и потребне циркулације хранљивих материја и уклањање метаболичког отпада,201 и варијабилност у стварању биолошки репрезентативних пропорција неуронских и глијалних ћелија популације, карактеристике које су убедљиве предности у коришћењу 3Д органоидних култура.

Поред тога, 3Д модели ко-културе захтевају вештачке скеле и секвенцијално сејање ћелија, док су се органоидни модели развили више „природније“. Без обзира на то, употреба ко-култура изведених из хиПСЦ не само да омогућава истраживачима да истраже активну улогу сваког типа ћелије у стварању карактеристика АД и ПД болести, већ и интеракцију ћелија изведених из различитих генотипова, наглашавајући револуционарни сет алата који хиПСЦ представљају у молекуларна студија НДД.

Предности и ограничења ин витро модела заснованих на хиПСЦ-у детаљније су истражени у следећем одељку.

For more information:1950477648nn@gmail.com