Инженерия индуцированных кровью микроглииподобных клеток человека для исследования обратно-трансляционного мозга

В последние годы было высказано предположение, что воспаление головного мозга играет ключевую роль в патофизиологии различных расстройств мозга и нервно-психических расстройств; микроглия была выделена в качестве ключевых иммуномодулирующих клеток с помощью посмертного анализа мозга человека и методов биовизуализации на основе позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) 1,2,3,4. Посмертный анализ мозга и ПЭТ позволяет получить важные результаты; Тем не менее, эти подходы неэффективны с точки зрения захвата динамической молекулярной активности микроглии человека в мозге во всей ее полноте. Таким образом, необходимы новые стратегии, позволяющие всесторонне оценить функции и дисфункции микроглии человека на молекулярном и клеточном уровнях.

В 2014 году мы разработали новую технологию для получения непосредственно индуцированных микроглияподобных (iMG) клеток ^5,6, до первой публикации в 2016 году микроглии, полученных из человеческих плюрипотентных стволовых клеток (iPSC). Всего за 2 недели мы успешно преобразовали моноциты периферической крови человека в клетки iMG путем оптимизации цитокинов, гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF) и интерлейкина 34 (IL-34). Когда мы разрабатывали эту методику, инновационный метод перепрограммирования индуцирования нейрональных клеток из iPS-клеток или фибробластов только начинал преобладать в мире 8,9,10,11. Тем не менее, в то время еще не сообщалось о методе индукции микроглиальных клеток, полученных из iPS, и было желательно создание модели микроглии, полученной из соматических клеток человека. Поскольку цитокины, такие как GM-CSF и IL-34, макрофагальный колониестимулирующий фактор, были необходимы для развития и поддержания микроглии 12,13,14,15, мы предположили, что комбинация этих цитокинов может быть применена непосредственно для создания микроглиальной клеточной модели из моноцитов крови. Наконец, нам удалось разработать модель микроглии, полученной из моноцитов путем объединения GM-CSF и IL-34⁵. Кроме того, некоторые из этих комбинаций цитокинов также используются для индукции микроглии из iPS-клеток ^{7,16 и,} как предполагается, являются важным фактором в приобретении характеристик микроглии.

В отличие от методов iPSC, клетки iMG не требуют какой-либо генетической модификации и могут быть получены за очень короткое время путем простой химической индукции, что приводит к снижению временных и финансовых затрат. Кроме того, клетки iMG не требуют генетического перепрограммирования, поэтому мы считаем, что клетки iMG являются мощными суррогатными клетками для оценки не только признаков, но и состояний микроглии человека. В первоначальной статье по технике iMG в 2014 году мы подтвердили, что клетки iMG демонстрируют фенотип микроглии человека, который может отличаться от моноцитов и макрофагов. Например, клетки iMG демонстрировали коэффициент сверхэкспрессии хемокинового рецептора CX3C 1 (CX3CR1) и хемокинового рецептора C-C типа 2 (CCR2), чем моноциты и типичные маркеры микроглии, включая трансмембранный белок 119 (TMEM 119) и пуринергический рецептор P2RY12 ^5,17. Недавно мы подтвердили, что клетки iMG, полученные из периферической крови, напоминают микроглию мозга по профилю экспрессии генов хорошо известных маркеров микроглии у того же пациента, перенесшего^{операции} на головном мозге. Клетки iMG могут быть проанализированы на предмет динамических функций на молекулярном уровне, таких как фагоцитоз и продукция цитокинов, и, как ожидается, компенсируют недостатки посмертных исследований мозга и исследований ПЭТ.

Мы обнаружили ранее неизвестные динамические патофизиологические механизмы микроглии у пациентов с диагнозом болезнь Насу-Хакола⁵, фибромиалгия¹⁹, биполярное расстройство^20,21 или болезнь Мойя-Мойя²². Кроме того, основываясь на нашей оригинальной методологии, различные лаборатории использовали ячейки iMG (некоторые лаборатории назначили альтернативные названия этим элементам) в качестве важнейшего инструмента исследования обратной трансляции 23,24,25,26,27. Sellgren et al. успешно сгенерировали iMG-клетки в соответствии с нашими рекомендациями и провели анализ микрочипов, который показал, что эти клетки очень похожи на микроглию²³ мозга человека. Недавно мы подтвердили сходство между человеческими iMG-клетками и первичной микроглией мозга с помощью секвенирования РНК¹⁸.

Это исследование было направлено на документирование методологии получения iMG-клеток из периферической крови человека для содействия реверсивно-трансляционным исследованиям, ориентированным на нейропсихиатрические заболевания. Этот метод представляет собой разумный аналитический инструмент, который может легко создавать микроглиальные клеточные модели за короткий промежуток времени, даже в плохо оборудованных лабораториях, где нет аппаратуры для переноса генов или квалифицированного персонала.