ヒト誘導多能性幹細胞由来神経細胞の治療移植によるマウス脳損傷の制御された皮質衝撃モデル

外傷性脳損傷(TBI)は、頭部への打撃または物体または爆風波からの直接的な損傷による間接的な機械的力(回転加速度/減速または逆クーデター)による脳への後天的損傷の一般的な用語である。TBIは、世界の死亡者の約9%の原因であると推定されており、年間5,000万例の症例が1,2例^と推定されています。米国疾病管理予防センターの2017年の報告書によると、2013年には、米国のTBIによる合計280万人の病院訪問と死亡がありました。多くの穏やかなTBAは毎年報告されていません。深刻なTBIは、認知、運動機能、および生活の全体的な質の生涯の障害につながることができます。軽度のTBI、特に反復的なスポーツ関連のTBIの結果は、最近、彼らの陰湿な健康影響4、5のために高く評価されています。

前臨床モデリングは、TBIの新しい機械的洞察と潜在的な修復療法を開発する上で重要な要素です。TBIの制御された皮質衝撃(CCI)モデルは皮質への機械的挫傷のオープンヘッドモデルである。衝撃パラメータは、軽度から重度^の6までのCCI傷害を生成するために変更することができます。CCIの傷害は、TBIの他の閉じた頭部モデルと見られるように、拡散ではなく焦点である。CCIは、反対方皮質が内部比較器として機能するように、一方的な傷害を誘発するために行うことができる。このプロトコルは、一次身体感覚および運動領域を包含する皮質の一部に対する軽度のCCIの特性を示す。この皮質領域は、多数の行動検査が傷害による欠陥7を検出できる感覚運動行動への関与のために選ばれた。TBIの治療介入による行動改善も検出できる。

TBIの特徴は、負傷した地域における広範な神経機能障害である。負傷したニューロンは細胞死を受け、ニューロンネットワーク接続は8,9.TBIは内因性幹細胞の募集を妨害し、さらに下流行動の赤字10,11を引き起こした。 神経幹細胞と幹細胞由来細胞の移植は、傷ついた脳の機能を回復させる可能性として探求されている。損傷した神経回路を回復させる可能性に加えて、移植された細胞は、TBI¹²からの神経生存および機能回復を促進するパラクリン効果を発揮する。様々な細胞型が前臨床移植され、神経疾患13、14、15のモデルにおけるそれらの修復可能性^を評価した。誘導多能性幹細胞^技術16の最近の普及は、実験的使用のための多数のヒト幹細胞株の開発を促進している。hiPSC由来細胞による前臨床試験は、ヒト疾患に対する特定の細胞株の潜在的な治療有効性を特徴付ける重要な第一歩である。本研究室では、外傷性脳損傷からの回復を支援する移植可能な細胞を追求するために、hiPSCを神経^型17に区別するためのプロトコルを開発した。

このプロトコルの実験は、一方的なCCIを使用して、成体マウスの左身体感覚および運動皮質にTBIを誘導する。軽度のCCI損傷は、機能回復に対するhiPSC由来神経細胞移植の影響を追跡するために使用される右前足の持続的な機能的欠損をもたらす。このプロトコルにおけるフォアポーセンサ運動試験は、Bouetおよび^同僚18によって確立された方法論から適応され、フレミングと^同僚19によって以前に実証された。 このプロトコルは、実験的脳損傷、hiPS細胞の治療移植、および実験結果測定の行動および組織学的分析を行うための完全なワークフローを概説する。