הנדסה של תאים דמויי מיקרוגליה המושרים על ידי דם אנושי לחקר המוח בתרגום לאחור

בשנים האחרונות הוצע כי דלקת במוח תופסת תפקידים מרכזיים בפתופיזיולוגיה של הפרעות מוח ונוירופסיכיאטריות שונות; תאי המיקרוגליה הודגשו כתאים אימונומודולטוריים מרכזיים על ידי ניתוח מוח אנושי לאחר המוות וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) המבוססות על טכניקות הדמיה ביולוגית 1,2,3,4. ניתוחי הדמיה של המוח וה-PET לאחר המוות מגלים ממצאים משמעותיים; עם זאת, גישות אלה אינן יעילות במונחים של לכידת הפעילות המולקולרית הדינמית של תאי מיקרוגליה אנושיים במוח בשלמותם. לכן, נדרשות אסטרטגיות חדשניות כדי לאפשר הערכה מקיפה של תפקודי מיקרוגליאה אנושיים ותפקוד לקוי ברמה המולקולרית והתאית.

בשנת 2014, הנדסנו במקור טכניקה חדשנית לייצור תאים דמויי מיקרוגליה (iMG)^{המושרים} ישירות ^5,6, לפני הפרסום הראשון של תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי אדם (iPSC) שמקורם בתאי מיקרוגליה בשנת 2016⁷. תוך שבועיים בלבד, המרנו בהצלחה מונוציטים אנושיים היקפיים בדם לתאי iMG על ידי מיטוב הציטוקינים, גורם מגרה מושבת גרנולוציטים-מקרופאגים (GM-CSF) ואינטרלוקין 34 (IL-34). כאשר פיתחנו טכניקה זו, שיטת התכנות מחדש החדשנית של השראת תאים עצביים מתאי iPS או פיברובלסטים רק החלה לשרור בעולם 8,9,10,11. עם זאת, באותו זמן, שיטה להשראת תאי מיקרוגליאה שמקורם ב- iPS עדיין לא דווחה, ויצירת מודל מיקרוגליאה אנושי שמקורו בתאים סומטיים היה רצוי. מאחר שציטוקינים כגון GM-CSF ו-IL-34, גורם מגרה מושבת מקרופאגים, דווחו כנחוצים להתפתחות ולתחזוקה של מיקרוגליה 12,13,14,15, שיערנו כי שילוב של ציטוקינים אלה יכול להיות מיושם ישירות כדי ליצור מודל תאי מיקרוגליאה ממונוציטים בדם. לבסוף, הצלחנו לפתח מודל של מיקרוגליה שמקורו במונוציטים על ידי שילוב GM-CSF ו- IL-34⁵. בנוסף, חלק מהשילובים האלה של ציטוקינים משמשים גם כדי לגרום לתאי מיקרוגליה מתאי iPS ^7,16 ומניחים שהם גורם חשוב ברכישת תכונות מיקרוגליה.

בניגוד לשיטות iPSC, תאי iMG אינם דורשים כל שינוי גנטי וניתן ליצור אותם בזמן קצר מאוד על ידי אינדוקציה כימית פשוטה, וכתוצאה מכך זמן נמוך יותר ועלויות כספיות. יתר על כן, תאי iMG אינם דורשים תכנות מחדש גנטי, ולכן אנו מאמינים כי תאי iMG הם תאים חלופיים חזקים להעריך לא רק את התכונות אלא גם את מצבי מיקרוגליה אנושיים. במאמר הראשוני על טכניקת iMG בשנת 2014, אישרנו כי תאי iMG מציגים פנוטיפ של מיקרוגליה אנושית, אשר יכול להיות שונה מונוציטים ומקרופאגים. לדוגמה, תאי iMG הציגו יחס ביטוי יתר של קולטן כימוקין CX3C 1 (CX3CR1) וקולטן כימוקין C-C מסוג 2 (CCR2) בהשוואה למונוציטים וסמנים אופייניים למיקרוגליה, כולל חלבון טרנסממברנה 119 (TMEM 119) וקולטן פורינרגי P2RY12 ^5,17. לאחרונה, אימתנו כי תאי iMG היקפיים שמקורם בדם דומים למיקרוגליה במוח בפרופיל ביטוי הגנים שלהם של סמנים מיקרוגליאליים ידועים באותו מטופל שעבר ניתוחי מוח¹⁸. תאי iMG ניתנים לניתוח עבור תפקודים דינמיים ברמה המולקולרית, כגון פגוציטוזה וייצור ציטוקינים, והם צפויים לפצות על החסרונות של חקר המוח לאחר המוות ומחקרי PET.

גילינו מנגנונים פתופיזיולוגיים דינמיים שלא היו ידועים בעבר המערבים מיקרוגליה בחולים שאובחנו עם מחלת Nasu-Hakola⁵, פיברומיאלגיה¹⁹, הפרעה דו קוטבית^20,21, או מחלת Moyamoya²². יתר על כן, בהתבסס על המתודולוגיה המקורית שלנו, מעבדות שונות השתמשו בתאי iMG (מעבדות מסוימות ייעדו שמות חלופיים לתאים אלה) ככלי מחקר חיוני לתרגום לאחור 23,24,25,26,27. Sellgren et al. יצרו בהצלחה תאי iMG בהתאם להמלצות שלנו וערכו ניתוח microarray אשר גילה כי תאים אלה דומים מאוד מיקרוגליה המוח האנושי²³. לאחרונה אישרנו את הדמיון בין תאי iMG אנושיים לבין תאי מיקרוגליה ראשוניים במוח באמצעות ריצוף RNA¹⁸.

מחקר זה נועד לתעד את המתודולוגיה ליצירת תאי iMG מדם היקפי אנושי כדי להקל על מחקר תרגום לאחור המתמקד במחלות נוירופסיכיאטריות. טכניקה זו מציגה פוטנציאל ככלי אנליטי סביר שיכול לייצר ללא מאמץ מודלים תאיים מיקרוגליאליים בזמן קצר, אפילו במעבדות לא מצוידות שאין בהן מנגנון העברת גנים או כוח אדם מיומן.