זיהוי מהיר של פנוטיפים התפתחותיות בתאי האדם קודמן עצבית (NPCs)

השימוש של אורגניזמים פשוטים ומודלים העכבר יש מבואר על מנגנוני התפתחות המוח בסיסיים, כמו גם בפתוגנזה של המחלה. למרות ההתפתחויות הללו, האטיולוגיה של רבים מנוטלי הפרעות נשאר קשה להבנה, כי לא כל הממצאים אורגניזמים פשוטים הרלוונטיים ישירות היבטים מורכבים של מחלות אנושיות. יתר על כן, למורכבות רבה יותר של המוח האנושי לעיתים קרובות מקשה על מודל ההתפתחות האנושית, הפרעות בבעלי חיים. עם התפתחות, התקדמות הטכנולוגיה האנושית pluripotent המושרה בתאי גזע (hiPSCs), תאים סומטיים יכול להיות מחדש לתוך תאי גזע, ואז הבדיל לתוך תאים עצביים ללמוד מחלות אנושיות. ההתקדמות בטכנולוגיות hiPSCs ו “omic” (גנומיקה, transcriptomics, פרוטאומיקס, גליקומיקס) מבטיח לחולל מהפכה להבנת התפתחות המוח האנושי. טכנולוגיות אלה כעת לבצע אפשרי בגישה “דיוק רפואה” אפיון המחלה מנוטלי על בסיס מקרה לגופו.

להדק הנוכחי בתחום הדוגמנות-מחלת hiPSC הוא להתמיין לתאים ספציפי יחוברו עצביים ב טפט או לשימוש מערכת תרבות 3D בשם של תא צורב רוצה להתרכז בהיבטים של המוח פיתוח^{1,2, 3}. מערכות אלו היה בעל ערך רב בלימודים, לחשוף את ההיבטים הייחודיים של ההתפתחות האנושית, מחלת^4,5,6,7. עם זאת, תרבויות עצביים והן organoids לעיתים קרובות דורשים בכל מקום שבועות עד חודשים בתרבות לפני שהם מוכנים ללמוד. הטבע זמן רב של פרוטוקולים אלה וכמות המשאבים הדרושים כדי לשמור על שמערכות התרבות אלה מגבילים לעתים קרובות מספר ניסויים שניתן לבצע ואת מספר משתנים (כמו גורמי גדילה או תרופות), אשר יכול להיבדק. יתר על כן, מחקרים רבים הנוירונים הפוסט-mitotic וחומר organoids התמקדו תהליכים כגון היווצרות תוצר או סינפסה דנדריט, אשר מתרחשים מאוחר יותר פיתוח. בעוד תהליכים אלה היו מעורבים הפתולוגיה של הפרעות התפתחותיות כגון אוטיזם, סכיזופרניה, קודם התפתחותית אירועים שמתרחשים לפני סופי בידול עצביים חשובים גם עבור מחלת פתוגנזה^{8 ,9,10,11,12,13}. אכן, גנומית מחקרים שנעשו לאחרונה מראים כי תקופת אמצע-עוברית, אשר מורכב של התפשטות, תוצר תהליך ההעברה, חשוב במיוחד אוטיזם פתוגנזה^11,14. לכן, חשוב ללמוד גזע עצביים אוכלוסיות תאים קדמון כדי להבין טוב יותר תהליכים קודמות אלה. תא צורב מערכות, אשר מסכם את הדברים נחשב טוב יותר התפתחות המוח האנושי בגלל מבנה מאורגן ואופיים תלת-ממד, מכילות בריכת קדמון זה יש כבר מנוצל ללמוד כמה אירועים קודמות אלה. עם זאת, האוכלוסייה קדמון organoids הוא לרוב דליל, יותר כמו תאי גליה רדיאליים מ עצבית גזע או קדמון תאים^5,15. לכן, יהיה זה מועיל יש שיטת תפוקה גבוהה ללמוד בשלבים המוקדמים של neurodevelopment באוכלוסיה פעיל proliferative תא.

במעבדה, יצרנו פרוטוקול העושה שימוש hiPSC-derived קודמן עצבית תאים (NPCs), אוכלוסייה מעורבת של גזע עצביים, ובתאים זה מאוד המקדימות, ללמוד תהליכים התפתחותיות כגון התפשטות, נדידת תאים, ו הרחבת תהליך ראשוני (neurite). מבחני אלה פותחו מתוך טכניקות המשמשות במעבדה שלנו במשך עשרות שנים ללימוד בהצלחה neurodevelopment עכבר ועכבר תרבויות קורטיקלית^{16,17,18,19,20, 21,22,23}. חשוב, זה גם הראו כי פנוטיפים ואת אותות התקינה מוגדרת במערכות תרבות עכבר ועכבר הם מאוד חזוי של מנגנונים כי הם פעיל ויוו, המציינת את הערך של טכניקות אלה^{16, 17,18,19,24}. לאחר הבידול הראשונית של hiPSCs כדי NPCs, שיטות אלה מאפשרים לנו ללמוד תהליכים פיתוחיים חיוני תוך מספר ימים. שיטות אלה יש יתרונות רבים: (1) הן דורשות ציוד מתוחכם יותר, קלים ליישום, משכפל ניסיוני הרבות (2) יכול להתבצע תוך תקופה קצרה של זמן, מתן אישור מהיר הפארמצבטית של תוצאות, ו- (3) ניתן לבחון את תרבות משתנים כגון מטריצות ציפוי, ההשפעות של גורמי גדילה, פעילות של תרופות במהירות וחסכוני. יתר על כן, אנו מנצלים התפקיד ומבוססת של גורמי גדילה חוץ-תאית כמבקרי קריטי של תהליכים התפתחותיים מגוונים. NPCs נחשפו לבחירת אותות התפתחותית ישירות לעורר אירועים כמו התפשטות, תוצר neurite נדידת תאים, ומצאו שלהם לשפר את היכולת לזהות פגמים שאינם לכאורה תנאי הבקרה^{19 , 25 , 26 , 27 , 28}. כמו כן, להקל על הערכת סמים מספק שדרה חזק לאמץ טכניקות רפואה דיוק כדי לבדוק את היעילות של התערבויות טיפוליות שונות. לפיכך, פרוטוקול זה מקלה על תפוקה גבוהה, לשחזור, ומתודולוגיה פשוטה ללמוד מוקדם התפתחות המוח בפתוגנזה של המחלה, את פוטנציאל ההשפעות המיטיבות של גורמי גדילה וסמים על פנוטיפים התפתחותיות.