מודל תרבות תא לחקר התפקיד של אינטראקציות נוירון-גליה באיסכמיה

על פי נתוני ארגון הבריאות העולמי, כ-5.5 מיליון בני אדם מתים מדי שנה משבץ איסכמי¹. מצב זה מאופיין על ידי ההפרעה של זרימת הדם לאזור מוח מסוים, וכתוצאה מכך אובדן הפיך או בלתי הפיך באספקת חמצן וחומרים מזינים לרקמות, אשר משנה את תפקוד הרקמות ומוביל תפקוד מיטוכונדריאלי, dysregulation סידן, excitotoxicity גלוטמט, דלקת ואובדן^{תאים 2,,3}.

מלבד תאי כלי דם, תאי עצביים וגליה מעורבים פתופיזיולוגיה של שבץ איסכמי^4. בפרט, אסטרוציטים חיוניים לתחזוקה של נוירונים ולאחרונה הוצגו לשחק תפקיד קריטי בתגובה נגע איסכמי⁵. סוג זה של תא גליה מבצע פונקציות של תמיכה מבנית, הגנה מפני סטרס חמצוני, סינתזה של נוירוטרנסמיטורים, ייצוב של תקשורת תא תא, בין^{היתר 6}. יחד עם נוירונים, אסטרוציטים לשחק תפקיד ישיר שידור סינפטי, ויסות השחרור של מולקולות כגון אדנוסין טריפוספט, חומצה גמא אמינו בוטירית גלוטמט⁷. חלק מהפציעה המושרה על ידי איסכמיה נגרמת על ידי שחרור מוגזם של גלוטמט והצטברותו על שסוע סינפטי, המוביל להפעלת יתר של קולטני N-מתיל-D-אספרטט, הפעלת מפלים איתות במורד הזרם, בסופו של דבר וכתוצאה מכך excitotoxicity⁸. מאז אסטרוציטים מסוגלים להסיר גלוטמט מן הסוע הסינפטי ולהמיר אותו גלוטמין, הם חיוניים בהגנה מפני excitotoxicity, ובכך להפעיל השפעה neuroprotective על איסכמיה. תאים אלה גם לשחק תפקיד בדלקת עצבית איסכמיה המושרה. לאחר העלבון האיסכמי, אסטרוציטים מופעלים עוברים שינויים מורפולוגיים (היפרטרופיה), להתרבות, ולהראות עלייה בביטוי חלבון חומצי פרפור גליה (GFAP). הם יכולים להיות תגובתיים (אסטרוגליוזיס), שחרור ציטוקינות פרו דלקתיות כגון גורם נמק גידול-α, interleukin-1α ו interleukin-1β, והפקת רדיקלים חופשיים, כולל תחמוצת החנקן וסופרתחמוצת, אשר בתורו יכול לגרום^{למוות עצבי 9,,10}. לעומת זאת, אסטרוציטים תגובתיים עשויים גם לשחק אפקט neuroprotective, מאז הם משחררים ציטוקינות אנטי דלקתיות, כגון שינוי גורם גדילה-β, כי הוא upregulated לאחר^{שבץ 11}. יתר על כן, הם יכולים ליצור צלקת גליה, אשר יכול להגביל את התחדשות רקמות על ידי עיכוב נבטים סקסוניים; עם זאת, צלקת גליה זו יכולה לבודד את אתר הפציעה מרקמות קיימא, ובכך למנוע גל מדורג של נזק לרקמות בלתי^{מבוקרות 12,13}.

לכן, זה הכרחי כדי לבסס מודלים המאפשרים לימוד אינטראקציות נוירון-גליה תחת פציעה איסכמית על מנת למצוא אסטרטגיות טיפוליות להגביל או להפוך את ההשפעות של פגיעה איסכמית. בהשוואה למודלים אחרים המשמשים לחקר פגיעה איסכמית, כל שם במודלים vivo ^14,15,16, תרבויות organotypic^{17,18,19 ופרוסות} מוח^{חריפה 20,21,22}, תרביות תאים ראשיות הן פחות מורכבות, מה שהופך את המחקר של תרומות בודדות של כל סוג תא בפתופיזיולוגיה של שבץ איסכמי ואיך כל סוג תא מגיב למטרות טיפוליות אפשריות. בדרך כלל, על מנת ללמוד את האינטראקציות בין תרבויות מועשר נוירון ותרבויות מועשר אסטרוציט, נוירונים ותאי גליה ממוצא לאחר הלידה^{משמשים 23,24}, או תאי גליה שלאחר הלידה ונוירונים^{עובריים 25,26}. בזאת מוצעת גישה פשוטה כדי לבסס נוירון- או אסטרוציט מועשר תרבויות ותרביות נוירון-גליה מאותה רקמה. תאים ראשיים אלה מתקבלים קליפת המוח העוברית חולדה, אזור המושפע לעתים קרובות^{משבץ 27,28}. יתר על כן, ניתקה של הרקמה מבוצעת רק על ידי הליך מכני. לכן, פרוטוקול זה מאפשר בידוד תאים באותו שלב של התפתחות, באופן מהיר ולא יקר, ועם ביצועים גבוהים ושחזור.

את ההצלבה בין אסטרוציטים ונוירונים ניתן לחקור באמצעות מערכת תרבות שותף שבו נוירונים תרבותיים בכיסויים נשמרים במגע עם מונו-שכבתית של אסטרוציטים נזרעים צלחות multiwell. ניתן להשתמש בספירות פרפין קטנות כדי להבטיח את ההפרדה של שתי תרביות התא. גישה זו מאפשרת מניפולציה עצמאית של כל סוג תא לפני שהם מובאים במגע. לדוגמה, ניתן להשתיק גן מסוים באסטרוציטים ולראות כיצד הוא יכול להשפיע על הפגיעות העצבית או הגנה מפני נזק איסכמי המושרה. שיטה מבוססת כדי לגרום לתנאים כמו איסכמי במבחנה היא חמצן ומניעת גלוקוז (OGD)³, אשר מורכב החלפת האטמוספירה הרגילה (95% אוויר ו 5% CO₂₎על ידי אטמוספרה אנוקסית (95% N₂ ו 5% CO_2),הקשורים השמטה של גלוקוז.

השיטה המתוארת מתאימה ללימוד האינטראקציות בין תאי עצב ואסטרוציטים בהקשר של שבץ איסכמי, בצורה פשוטה, מהירה, ניתנת לשחזור ולא יקר.