الكشف السريع عن النماء العصبي تعمل في خلايا الإنسان العصبية السلائف (الشخصيات)

استخدام أبسط الكائنات الحية ونماذج الفأر قد توضيح آليات نمو الدماغ الأساسية، فضلا عن منشأ المرض. وعلى الرغم من أوجه التقدم هذه، لا يزال مسببات العديد من الاضطرابات العصبية بعيد المنال لأن ليس كل النتائج التي توصل إليها في أبسط الكائنات ذات الصلة المباشرة بالجوانب المعقدة للأمراض البشرية. علاوة على ذلك، درجة أكبر من التعقيد في الدماغ البشري غالباً ما يجعل من الصعب لنموذج التنمية البشرية واضطرابات في الحيوانات. ومع تطور وتقدم البشرية المستحثة pluripotent الخلايا الجذعية (هيبسكس) التكنولوجيا، يمكن برمجتها في الخلايا الجذعية خلايا جسدية وثم متباينة داخل الخلايا العصبية لدراسة الأمراض البشرية. التقدم في تكنولوجيات هيبسكس و “أوميك” (علم الجينوم، ترانسكريبتوميكس، البروتيوميات، وجميع) يبشر بأحداث ثورة في فهم تطور الدماغ البشري. هذه التكنولوجيات الآن تتيح نهجاً “طب دقة” لوصف الأمراض العصبية على أساس حالة بحالة.

هو المحصول الحالي في مجال النمذجة المرض هيبسك التفريق بين الخلايا في المخططات العصبية محددة في أحادي الطبقة أو استخدام نظام ثقافة 3D دعا أورجانويد بإيجاز جوانب الدماغ التنمية^{1،2، 3}. وكانت هذه النظم بشكل لا يصدق قيمة في دراسة وكشف الجوانب الفريدة للتنمية البشرية والمرض^4،5،،من⁶⁷. ومع ذلك، الثقافات الخلايا العصبية وأورجانويدس غالباً ما تتطلب في أي مكان من أسابيع لأشهر في الثقافة قبل أنهم مستعدون لدراسة. طبيعة تستغرق وقتاً طويلاً لهذه البروتوكولات، ومقدار الموارد اللازمة للحفاظ على هذه النظم الثقافة كثيرا ما تحد من عدد التجارب التي يمكن القيام بها والعدد من المتغيرات (مثل عوامل النمو أو المخدرات) التي يمكن اختبارها. علاوة على ذلك، ركزت العديد من الدراسات استخدام الخلايا العصبية بعد الانقسامية وأورجانويدس على عمليات مثل تشكيل تغصن ثمرة أو المشبك، التي تحدث في وقت لاحق في التنمية. أثناء هذه العمليات قد تورطت في علم الأمراض اضطرابات النمو مثل التوحد وانفصام الشخصية، في وقت سابق الأحداث التنموية التي تحدث قبل تمايز الخلايا العصبية نهائي أيضا مهمة للمرض المرضية^{8 ،،}من^910،11،،من¹²¹³. والواقع أن الدراسات الجينية الحديثة تبين أن الفترة منتصف الجنين، التي تتألف من الانتشار وثمرة عملية، والهجرة، أهمية خاصة في التوحد المرضية^11،14. وبالتالي، من المهم دراسة الجذعية العصبية والسكان خلية السلف فهم أفضل لهذه العمليات السابقة. نظم أورجانويد، وتنمية العقل البشري الخص مدروسة بشكل أفضل بسبب طبيعتها 3D وهيكل المنظمة، تحتوي على بركة السلف التي استخدمت لدراسة بعض هذه الأحداث السابقة. بيد أن السكان السلف في أورجانويدس في كثير من الأحيان متفرقة وأكثر مثل الخلايا الدبقية شعاعي من العصبية الجذعية أو السلف الخلايا^5،15. وهكذا، فإنه سيكون مفيداً لأسلوب إنتاجية عالية لدراسة المراحل المبكرة من النماء العصبي في حالة خلية التكاثري بنشاط سكان.

لقد أنشأنا في المختبر، وهو بروتوكول يستخدم خلايا السلائف العصبية المشتقة من هيبسك (الشخصيات)، وعدد سكانها مختلطة العصبية الجذعية وخلايا السلف التي عالية التكاثري، دراسة العمليات النمائية مثل انتشار الهجرة الخلية، و تمديد العملية الأولية (نورت). ووضعت هذه الاختبارات من التقنيات المستخدمة في المختبر لدينا عقود بنجاح دراسة النماء العصبي في الفئران والفأر الثقافات القشرية^16،17،،من^{1819،20، 21،،}من²²²³. الأهم من ذلك، فإنه يظهر أيضا أن تعمل والإشارات التنظيمية المحددة في أنظمة الثقافة الجرذ والفأر تنبؤية عالية للآليات التي تكون نشطة في فيفو، مشيراً إلى قيمة هذه التقنيات^{16، 1718،،،}من¹⁹²⁴. بعد التفريق بين الأولية هيبسكس للشخصيات، هذه الأساليب تسمح لنا بدراسة العمليات الإنمائية الحيوية في غضون أيام. هذه الأساليب لها العديد من المزايا: (1) أنها تتطلب معدات متطورة قليلاً وهي سهلة التنفيذ، replicates التجريبية (2) عديدة يمكن أن تجري في فترة قصيرة من الوقت، مما يسمح لتأكيد السريع في إمكانية تكرار نتائج النتائج، و (3) ويمكن اختبار الثقافة متغيرات مثل مصفوفات الطلاء، وآثار عوامل النمو، والنشاط من المخدرات بسرعة وفعالية من حيث التكلفة. وعلاوة على ذلك، علينا الاستفادة من دور راسخة من عوامل النمو خارج الخلية المنظمين الحرجة للعمليات الإنمائية المتنوعة. الشخصيات تعرضت لتحديد إشارات التنموية مباشرة تحفز الأحداث مثل الانتشار وثمرة نورت والهجرة الخلية، ووجدت أنها تعزز القدرة على تحديد العيوب التي ليست واضحة في مراقبة شروط^{19 , 25 , 26 , 27 , 28}-وبالمثل، يوفر سهولة تقييم المخدرات وسيلة قوية اعتماد تقنيات الطب الدقة لاختبار فعالية التدخلات العلاجية المختلفة. وبالتالي، يسهل هذا البروتوكول إنتاجية عالية، قابل لإعادة الإنتاج، ومنهجية واضحة لدراسة تطور الدماغ المبكر والمرض المرضية، والآثار المفيدة المحتملة لعوامل النمو والمخدرات على النماء العصبي تعمل.