Yoshga bog'liq neyrodegenerativ kasalliklarni klinikadan oldingi tadqiqotlarni rivojlantirish yo'li: kemiruvchilar va HIPSCdan olingan modellarga nuqtai nazar 4-qism

hiPSC-dan olingan in vitro PD modellari, shuningdek, bemorlar tomonidan olingan hiPSC DA neyron modellarida oilaviy PD mutatsiyalari bilan bog'liq patofizyologik progressiyani tushuntirishda juda ma'lumotli bo'ldi.

PD neyrodegenerativ kasallik bo'lib, odatda bemorning xotirasi va kognitiv qobiliyatiga ma'lum ta'sir ko'rsatadi. Biroq, zamonaviy tibbiyotning uzluksiz rivojlanishi bilan biz bemorlarga yaxshi xotirani saqlashga yordam berish uchun turli usullarni qo'llashimiz mumkin.

Birinchidan, muntazam mashqlar PD bilan og'rigan bemorlarning kognitiv qobiliyatini va xotirasini yaxshilashi mumkin. Jismoniy mashqlar miyadagi nerv hujayralarining qon aylanishini va miya ovqatlanishini rag'batlantirishi mumkin, bu miyaning turli qismlari o'rtasidagi aloqa va muvofiqlikni saqlashga yordam beradi va shu bilan umumiy kognitiv darajani yaxshilaydi.

Ikkinchidan, parhez ham PD bilan og'rigan bemorlarning xotirasini yaxshilashning kalitidir. Yuqori tolali, kam yog'li va past xolesterinli dieta miya salomatligini saqlashning kalitidir. Ushbu parhez miyada qon aylanishini rag'batlantirishi va neyronlarni himoya qiladigan va PD rivojlanishini sekinlashtiradigan sog'lom oziq moddalar bilan ta'minlashi mumkin.

Va nihoyat, ijobiy munosabat va to'g'ri dam olish ham PD bilan og'rigan bemorlarning xotirasini yaxshilashning kalitidir. PD tana va ongga ma'lum bir zarba keltirsa-da, agar siz optimistik munosabatda bo'lsangiz va o'zingizga biroz dam bera olsangiz, ruhiy va psixologik stressni engillashtirasiz va xotirangizni yaxshi saqlashingiz mumkin.

Muxtasar qilib aytganda, PD xotiraga ta'sir qilsa-da, bu biz o'zgarishlar qila olmaymiz degani emas. To'g'ri mashqlar, parhez va psixologik boshqaruv orqali PD bemorlari ma'lum darajada kognitiv qobiliyat va xotirani saqlab qolishlari mumkin. Ko'rinib turibdiki, biz xotirani yaxshilashimiz kerak va Cistanche xotirani sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, chunki Cistanche ko'plab noyob effektlarga ega bo'lgan an'anaviy xitoylik dorivor material bo'lib, ulardan biri xotirani yaxshilashdir. Cistanche ta'siri uning tarkibidagi turli faol moddalar, jumladan, tanin kislotasi, polisakkaridlar, flavonoid glikozidlar va boshqalardan kelib chiqadi. Bu ingredientlar miya sog'lig'ini turli yo'llar bilan yaxshilashi mumkin.

Xotirani yaxshilashning 10 ta usulini bilish tugmasini bosing

Misol uchun, LRRK2 GS2019S mutatsiyasiga ega bo'lgan bemorning hiPSC neyronlari kasallik bilan bog'liq hujayrali fenotiplarni, jumladan oksidlovchi stressga nisbatan zaiflikni oshirish170 va neyrit uzunligi va sonining qisqarishini ko'rsatdi.171

Boshqa misollar orasida mitoxondriyal disfunktsiya va oksidlovchi stress morfologiyasini ko'rsatadigan PARK2 mutatsiyasiga ega bo'lgan bemorlardan olingan PSC dan olingan DA neyronlari172 va A53T mutatsiyasiga ega bo'lgan hiPSC kelib chiqadigan neyronlar va o'ziga xos xususiyatlarni ko'rsatadigan SNCA neyronlari va to'planishi 173.

Bundan tashqari, bir nechta tadqiqotlar mutatsiyaga uchragan genni tuzatishga qaratilgan aralashuvlar orqali ushbu kasallik fenotiplarini yaxshiladi, jumladan LRRK2,174PINK1,175 SNCA,140,176 va GBA1.177 Bunday modellar hiPSC texnologiyasining maqsadli kontseptsiyalarni identifikatsiyalash va tasdiqlashda foydaliligini namoyish etadi va yangi isbotlangan dori vositalarini taqdim etadi. gen terapiyasi yondashuvlari uchun.

Turli NDDlar uchun hiPSC-dan olingan modellar modullilik va potentsial asosiy tadqiqotlar va klinikadan oldingi ilovalarni kengaytirib, turli xil ko-kulturali 2D va 3D konfiguratsiyalarga kengaytirildi.

hiPSC-dan olingan NDD modellarining joriy konfiguratsiyalari 2D yagona va birgalikda kulturali hujayra modellari

So'nggi o'n yil ichida PSC-dan olingan yagona hujayra turlaridan tashkil topgan 2D kulturalaridan foydalangan holda ishlarning katta qismi nashr etildi. Ushbu yagona hujayra tipidagi modellar o'murtqa mushak atrofiyasi, 178,179 AD, PD va amiolateral skleroz (ALS) 180 (1-rasm) kabi NDDlarda individual hujayra populyatsiyalarining rolini ochib berishda ma'lumotli bo'ldi va bundan tashqari, yanada kattaroq bo'lishga imkon berdi. kasallik bilan bog'liq bo'lgan genlarning hujayra buzilishlariga qanday ta'sir qilishini biologik darajada tushunish.

HiPSC uyali modellari AD tadqiqotlarida genetik polimorfizmlar va mutatsiyalarning alohida hujayra populyatsiyalaridagi rolini va ular kasallikka qanday hissa qo'shishi yoki ta'sir qilishi mumkinligini yaxshiroq tushunish uchun jalb qilingan. HiPSC-ga asoslangan ADmodelda Kondo va boshq.181

APP E693D mutatsiyasini o'z ichiga olgan sAD va fAD bemorlaridan olingan hiPSC dan olingan neyronlar va astrositlarda endoplazmatik retikulum disfunktsiyasi va oksidlovchi stressning kuchayishi bilan bog'liq bo'lgan Ab oligomer to'planishining ortishi kuzatildi. hiPSCdan olingan 2D individual modellar, shuningdek, turli nerv hujayralari modellarida ADning eng katta va takrorlanadigan genetik xavf omili bo'lgan APOEe4 ning genetik hissasini o'rganishda katta ahamiyatga ega ekanligini ko'rsatdi.182

Lin va uning hamkasblari 183 izogen hiPSC hosilasi bo'lgan APOEe4 astrositlari xolesterin to'planishi va Ab42 ning ichkilashtirilishi bilan bog'liq genekspressiyada keng ko'lamli o'zgarishlarni ko'rsatishini aniqlash uchun 2D kulturalaridan foydalanganlar, bu ikkalasi ham astrositlarning izogen APOE hujayralariga nisbatan muhim gomeostatik funktsiyalari hisoblanadi. Bundan tashqari, izogenik e4 astrositlari APOE ni ifodalash va ajratish qobiliyatining pasayishini ko'rsatdi, bu esa lipidlanishning pasayishiga olib keldi.

Neyronlarning uzunligi va soni bo'yicha kuchaygan neyrit o'sishi, Ab sekretsiyasining kuchayishi bilan bir qatorda, inizojenik APOEe4 neyronlari ham ushbu modellarda patogen hissa qo'shganligi aniqlandi.183

APOE3 va APOE4 allellari uchun izogen bo'lgan neyrotipik shaxslardan olingan astrotsit kulturalarini yaratishda Chjao va boshq.161 APOEe4 astrositlari sog'lom APOEe3 nazorati bilan solishtirganda past APOE lipidlanish holatiga ega ekanligini aniqladilar.

2D ko-kulturalardan foydalanish, shuningdek, APOEe4 ni alohida hujayra populyatsiyalari va hujayra-hujayra o'zaro ta'siri va ular AD patogeneziga qanday hissa qo'shishi kontekstida o'rganishga imkon berdi.

Yuqoridagi tajribaga ko'ra, hiPSC-dan olingan APOEe4 astrositlarini neyronlar bilan birgalikda etishtirish natijasida neyronlarning morfologik va funksional yaxlitligi buzilgan va ularning izogen e3 nazorati bilan solishtirganda kamolotga erishishning inhibisyonu ko'rsatilgan.161

Turli neyronlar va glial hujayralar o'rtasidagi o'zaro ta'sir AD va PD rivojlanishi va rivojlanishida muhim rol o'ynaydi, shuning uchun hujayra-hujayra o'zaro ta'sirini taqlid qiluvchi in vitro modellarini yaratish uchun hiPSC texnologiyasidan foydalaniladi va hujayra mikro muhiti juda ma'lumotli ekanligi isbotlangan.

2D singular va ko-kultura modellarining foydasi xuddi shunday hujayra hayotiyligining pasayishi va mitoxondrial disfunktsiya kabi kasalliklarga bog'liq hujayra fenotiplariga bir nechta PDni keltirib chiqaradigan mutatsiyalarning hissasini o'rganishda amalga oshirildi.

Bu birinchi bo'lib Nguyen va boshq.170 tomonidan olib borilgan tadqiqotlarda ko'rsatildi, ular LRRK2 G2019S mutatsiyasiga ega bo'lgan PD bemor tomonidan ishlab chiqarilgan hiPSCneuronal modellar o'sishda-sin darajasini, oksidlovchi stressga javob beradigan genlarning yuqori regulyatsiyasini, shuningdek, H2O{{ ga sezuvchanligini ko'rsatdi. 6}} oksidlovchi stress va hujayra o'limiga olib keladi.

Xuddi shunday, Sánchez-Danés va boshq.171 LRRK2 G2019S mutatsiyasidan mahrum bo'lgan PD bemorning hiPSC dan olingan DA neyronlarida avtofagiyadagi o'zgarishlarni baholadilar va a-sinand otofagik disfunktsiyasining oshishini kuzatdilar.

Hujayra o'zaro ta'sirining patofiziologiyani qanday qo'llab-quvvatlashi to'g'risida ko'proq tushunchaga PSC-dan olingan ko-madaniyat model tizimlari bilan erishilgan. Misol uchun, hiPSCdan olingan astrositlar mitoxondrial toksinlar, rotenon va kaliy siyanid ta'siridan so'ng PD bilan kasallangan bemorlardan olingan kokulturatsiyalangan nerv progenitor hujayralarida (NPC) himoya foyda ko'rsatishi ko'rsatildi, bu differentsiatsiya etishmovchiligi va mitoxondrial funktsiyani qutqarish bilan namoyon bo'ldi18.

Boshqa bir tadqiqotda PD-ga olib keladigan LRRK2G2019S mutatsiyasining neyron-astrositlar o'zaro bog'lanishiga ta'sirini o'rganish uchun neyron-astrositlar ko-kulturalaridan foydalanilgan. Mualliflarning xabar berishicha, hiPSC dan olingan DA neyronlarining G2019S mutatsiyasiga ega bo'lgan bemor tomonidan olingan astrositlar bilan birgalikda madaniyati DA neyronlarida neyrodegeneratsiya va a-sin to'planishiga olib kelgan.185

Ushbu tadqiqot hujayra-hujayra o'zaro ta'sirini va kasallik bilan bog'liq variantlarning patogen ta'sirini ko'rsatadigan hujayra turlarini aniqlash uchun hujayra turlari bo'yicha gen varianti/mutatsiyasining turli kombinatsiyalarini tekshirishda kokulturalarning foydaliligini misol qilib ko'rsatdi.

Biroq, 2D ko-kulturalar turli xil miya hujayralari turlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir uchun mikro muhitni tashkil qiladi va ular miyaning murakkabligini uch o'lchovli to'qima sifatida modellash qobiliyatida tug'ma ravishda cheklangan va shuning uchun tarjimaning dolzarbligida o'ziga xos to'siqlarga ega.

3D hiPSC-dan olingan modellar

Rivojlanayotgan texnologiyalar tadqiqotchilarga NDDlarning 3D hiPSC-dan olingan modellarini, shu jumladan biokimyoviy va fiziologik jihatdan mustahkam bo'lgan ko-kulturalar va organoidlarni yaratish va baholashni boshlash imkonini berdi.Organoid modellari. Inson miyasining 3D organoid modellari inson miyasining murakkab fazoviy tashkilotini in vitro modelida iloji boricha yaqinroq tutishga qaratilgan.

HiPSC-lardan olingan bu miya organoidlari o'z-o'zidan tashkil etilgan va o'z-o'zidan naqshli 3D. Ularning umumiy epigenomik va transkripsiyaviy belgilaridan tashqari, 3D organoid modellarining fiziologik xususiyatlari, masalan, glutamatga neyronal javob berish, instinktiv Ca2+ signalizatsiyasi va hujayrali etuklik fenotiplarining rivojlanishi, shuningdek, inson miya to'qimasini yaqindan aks ettiradi. .188–190

So'nggi tadqiqotlar AD va PD 3D hiPSC-dan olingan modellarni yaratdi va tavsifladi, ular patologik xususiyatlarni yuqori darajada takrorlanishi mumkinligi ko'rsatdi.

Misol uchun, Gonsales va boshqalar 191 ADbrain organoid modelini ishlab chiqdilar, unda blyashka o'xshash tuzilmalar va amiloidogen xususiyatlarga ega bo'lgan Ab peptidining progressiv to'planishi, shuningdek fosforlangan tau va NFTlarning paydo bo'lishi namoyon bo'ladi.

Linet al.183 ushbu topilmalarni AD bilan bog'liq APP duplikatsiya mutatsiyasini o'z ichiga olgan hiPSC'lardan o'stirilgan ilgari tashkil etilgan miya organoidlariga mikrogliyaga o'xshash hujayralarni tashuvchi izogenAPOEe3- yoki APOEe4-tashirish orqali kengaytirdi va sezilarli darajada uzoq jarayon shakllanishini kuzatdi. APOEe4 mikrogliyaga o'xshash hujayralardagi APOEe3 boshqaruvlari bilan solishtirganda, bu hujayradan tashqari Ab ga sezgir va sezgir qobiliyatlarning cheklanganligini ko'rsatadi.

Yaqinda Zhao va boshq.192 turli APOE genotiplarini tashuvchi AD kasalliklari va sog'lom nazoratchilardan olingan hiPSC yordamida miya organoid modellarini yaratdilar. APOEe4 organoid modeli boshqa donordan olingan APOEe3 organoidi va APOEe4 liniyasining genomini tahrirlash orqali yaratilgan izogenik APOEe3 organoid modeli bilan solishtirganda kasallik bilan bog'liq fenotiplarni ko'rsatdi.

Organoid modelidagi APOEe4 genotipining salbiy ta'siri ADning asosiy patologik xususiyatlarini, jumladan sinaptik yaxlitlikning yo'qolishi, apoptotik hujayralar o'limi, Ab va fosforlangan tau to'planishi va eruvchan APOE darajalarini ko'rsatdi, bu esa fAD bo'lmagan modellashtirish uchun tizimning yaroqliligini ko'rsatdi.

Bundan tashqari, bu natijalar APOEe4 ning ADdagi patogen rolini va uning AD uchun dori-darmonli maqsad sifatida potentsialini qo'shimcha qo'llab-quvvatlaydi.192 Xuddi shunday, Smitset al.193 LRRK GS2019 mutatsiyasini o'z ichiga olgan PD bemor to'qimalaridan olingan PD funktsional o'rta miya DA organoid modelini yaratdi.

Ushbu organoid modeli DA ni ishlab chiqardi va ajratdi va o'rta miya DA neyronlarining miqdori va murakkabligining kamayishi kabi organoidlardagi bog'liq patologiyalarni muvaffaqiyatli namoyish etdi193 Biroq, LRRK mutatsiyasini to'g'irlaydigan GT yondashuvi ushbu modeldagi kasallik fenotiplarini yaxshilash uchun etarli emas edi.

Bologninet al.194, shuningdek, LRRK2 G2019S mutatsiyasiga ega bo'lgan PD bemoridan olingan 3D DA neyronal modelini yaratdi, bu mitoxondrial disfunktsiya belgilarini va o'zgartirilgan morfologiyani, DA farqlanishini va shoxlanishning murakkabligini kamaytirdi va neogenurik hujayralar bilan solishtirganda erta hujayra o'limini oshirdi; bu buzilishlarning ba'zilari LRRK2 inhibitori 2 (Inh2) ni qo'llash orqali qutqarildi.

Shu bilan birga, 3D organoid modellaridan foydalanishda qayd etilgan turli cheklovlarni, xususan, o'z-o'zidan va nazoratsiz hujayralar o'sishi va farqlash bilan bog'liq bo'lgan turli xil cheklovlarni ta'kidlash muhimdir, bu interexperimental o'zgaruvchanlikka yordam beradi.

Organoid modellarda o'z-o'zidan yig'ilishga bog'liqligi modeldan modelga o'zgarishiga olib kelishi mumkin, shu jumladan heterojen hujayra nisbati, fazoviy yo'nalish va kasallik fenotipi, bu takroriylikni 3Dco-madaniyat va organoid modellarida muhim muammoga aylantiradi.195

Biroq, so'nggi yutuqlar 3D organoid modellarida takrorlanishning yaxshilanishini ko'rsatmoqda, 196 terminal hujayra identifikatorlarida o'zgaruvchanlik saqlanib qolmoqda, 195 va davom etishi kutilmoqda.

Birgalikda madaniyat tizimlari. So'nggi biotexnologik yutuqlar yuqorida ko'rib chiqilgan organoidlarga nisbatan, xususan, hujayra turi, etukligi, tarkibi va xususiyatlariga nisbatan ko'proq nazorat qilinadigan yondashuvni osonlashtiradigan, hiPSC-dan olingan hujayralarni birgalikda madaniyatga asoslangan modellarda o'sishiga imkon beruvchi murakkab uch o'lchovli iskala yaratishga imkon berdi. hujayralarning bir hil ta'sir etishi.197

Mavjud ko-madaniyatga asoslangan modellar ALS bilan kasallangan bemorlardan olingan motor neyronlar va nerv-mushak birikmasi modellarini o'z ichiga oladi; ma'lum mutatsiyalari bo'lgan PD bemorlarning 180 DA neyronlari (masalan, LRRK2194); Neyronlarning, astrositlarning va mikrogliyalarning uch hujayrali modellari, neyroinflamatuar AD muhitini modellash;198 va skelet mushak to'qimalari.199

Ushbu modellar tadqiqotchilarga NDD patogenezida asosiy rol o'ynaydigan fazoviy to'qimalarni tashkil qilish - hujayra-hujayra va hujayra-matritsa aloqalarining rolini o'rganish uchun takomillashtirilgan vositalarni taqdim etadi. Blanchard va boshq.200 tomonidan olib borilgan yaqinda o'tkazilgan tadqiqot miya endotelial hujayralari, astrositlar va peritsitlardan iborat bo'lgan BBB ning hiPSC-dan olingan 3D ko-kultura modelini yaratdi.

Ushbu 3Dmodel APOE{1}}organ hujayralardagi peritsitlarning asosiy rolini ochib berdi, ular NFAT-kalsinevrin peritsit signalizatsiyasining kuchayishi natijasida Ab peptidlari va fibril amiloidining BBB to'planishini ko'rsatdi.

200 Park va boshqalar 198, shuningdek, mikrosuyuq platformadagi neyronlar, astrositlar va mikrogliyalardan tashkil topgan hiPSC 3D tri-cultureAD modelini ishlab chiqdilar, bu ADning o'ziga xos xususiyatlarini, shu jumladan, fosforlangan to'planish to'planishini, shu jumladan, Ab neyroinf agregatlarining to'planishini muvaffaqiyatli aks ettiradi. mikroglialni jalb qilish, azot oksidi chiqarilishi va keyingi oksidlovchi stress.

3D ko-madaniyat tizimlari organoid modellarda kuzatilgan yuqorida aytib o'tilgan cheklovlarni engib o'tishga qaratilgan bo'lsa-da, ular ham o'ziga xos kamchiliklarga ega. Hozirgi hiPSC-dan olingan modellar miya to'qimalarining muhim xususiyatlaridan mahrum bo'lgan neyron tarmoqlarni yaratadi, ular qon tomirlarining etishmasligi va ozuqa moddalarining zarur aylanishi va metabolik chiqindilarni olib tashlash, 201 va neyron va glial hujayralarning biologik jihatdan reprezentativ nisbatlarini yaratishdagi o'zgaruvchanlikni o'z ichiga oladi. populyatsiyalar, 3D organoidkulturalardan foydalanishda bahsli kuchli tomonlari bo'lgan xususiyatlar.

Bundan tashqari, 3D ko-kultura modellari sun'iy iskala va hujayralarni ketma-ket ekishni talab qiladi, organoid modellar esa "tabiiy ravishda" ishlab chiqilgan. Shunga qaramay, hiPSC-dan olingan ko-kulturalardan foydalanish tadqiqotchilarga nafaqat har bir hujayra turining AD va PD kasalliklarining xarakteristikalari paydo bo'lishidagi faol rolini, balki turli genotiplardan olingan hujayralarning o'zaro ta'sirini o'rganishga imkon beradi, bu esa hiPSClarning inqilobiy asboblar to'plamini ta'kidlaydi. NDDlarni molekulyar o'rganish.

PSC asosidagi in vitro modellarining afzalliklari va cheklovlari keyingi bo'limda batafsilroq ko'rib chiqiladi.

For more information:1950477648nn@gmail.com