Dirigido neurônios dopaminérgicos Diferenciação de Células-Tronco pluripotentes humanas

Dopaminérgico (DA) neurônios pode ser encontrada em várias regiões do cérebro, incluindo o mesencéfalo, hipotálamo, retina, e bulbos olfatórios. Os neurônios A9 DA na substância negra pars compacta (SNPC) comportamento de controle e movimento, projetando para o estriado na parte frontal do cérebro e formando o sistema motor extrapiramidal. A degeneração de neurónios DA A9 leva à doença de Parkinson (PD), que é a segunda doença neurodegenerativa mais comum e humano actualmente incurável. A terapia de substituição de células é uma das mais promissoras para o tratamento da DP ^1, por conseguinte, tem havido um grande interesse na determinação neurónios A9 DA a partir de células estaminais pluripotentes humanas (hPSCs), incluindo ambas as células estaminais embrionárias humanas (hESCs) e o células humanas recentes tronco pluripotentes induzidas (hiPSCs).

Muitas pesquisas têm tentado obter neurônios A9 DA de hPSCs usando vários métodos. Os primeiros relatórios de todos os neurônios DA gerados através de uma neuralroseta estágio progenitor. Por co-cultura com MS5 ² ou PA6 ^3-5 células estromais com ou sem fatores de crescimento externo para 2-4 semanas, L. Studer e colegas e três outros grupos induzidos com sucesso hESCs para produzir rosetas neurais. Eles, então, enriquecido essas rosetas por dissecção mecânica ou digestão enzimática para uma maior diferenciação. Em outros relatos, os pesquisadores geraram rosetas neurais através do corpo embrióide (EB) flutuantes cultura diferenciação ^6-9. Mais tarde, os investigadores estabeleceram um método de diferenciação de monocamada com base ^10,11, onde banhado hESCs e hiPSCs na matriz extra-celular, adicionou diferentes factores de crescimento em cultura para induzir a diferenciação de hPSCs de neurónios DA, que imita o in vivo DA desenvolvimento embrionário neurónio . Apesar de todos estes estudos obtidos tirosina hidroxilase (TH) células -expressing com algumas características de neurônios DA, todo o processo de diferenciação é o tempo e trabalho consumindo,geralmente ineficiente, e mais importante ainda, a identidade A9 destes neurónios não foram demonstradas na maioria dos estudos, com excepção de um com Lmx1a expressão ectópica ^12. Recentemente, uma placa de novo piso (FP) protocolo baseada foi desenvolvido ^13-16, em que os precursores PF com DA potencial neurônio foram gerados primeiro pela ativação do sonic hedgehog e canônicas vias de sinalização Wnt durante a fase inicial de diferenciação, e, em seguida, essas células FP foram melhor especificados para os neurônios de DA. Apesar de este protocolo é mais eficiente, ainda existem alguns problemas; por exemplo, todo o processo de diferenciação leva muito tempo (pelo menos 35 dias) e é dependente de células alimentador ^15, ou seja ¹⁶ ou EB dependente da identidade A9 não foi demonstrada ^14.

Aqui, a partir do conhecimento do desenvolvimento in vivo DA neurônio embrionário e os resultados publicados por outros pesquisadores, nós otimizamos as condições de cultivo para o FEPgeração icient de neurônios DA de ambos os hESCs e hiPSCs. Nós primeiro gerado células precursoras FP pela ativação da via de sinalização Wnt canônica com pequena molécula CHIR99021 e sonic hedgehog sinalização com pequenas moléculas SAG e purmorphamine. Estas células FP expressar Foxa2, Lmx1a, CORIN, OTX2 e nestin. Em seguida, essas células especificado PF para neurônios DA com fatores de crescimento, incluindo BDNF, GDNF, etc. Os neurônios DA gerados são do tipo de célula A9 como eles são positivos para GIRK2 enquanto negativo para calbindina ^17. Este protocolo é de células de alimentação ou EB independente, altamente eficiente e reprodutível. Usando este protocolo, pode-se derivar neurônios DA em menos de 4 semanas a partir de hESCs ou hiPSCs de pessoas normais para estudo transplante de células, ou de hiPSCs de pacientes com DP para in vitro modelagem de PD ou testar agentes terapêuticos potenciais para a DP.