Быстрое обнаружение фенотипов исходам в клетках человека нейронных прекурсоров (НПС)

Использование мыши модели и проще организмов выяснены механизмы развития основных мозга, а также патогенеза болезни. Несмотря на эти достижения этиологию многих психоневрологических расстройств ускользает, потому что не все результаты в более простые организмы имеют непосредственное отношение к сложные аспекты заболеваний человека. Кроме того большую сложность человеческого мозга часто делает его трудным для модели человеческого развития и расстройства в животных. С Эволюция и прогресс человека индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (hiPSCs) технологии соматические клетки можно перепрограммировать в стволовые клетки и затем дифференцированной в нейрональные клетки для изучения болезней человека. Достижения в технологии hiPSCs и «omic» (геномика, transcriptomics, протеомики и метаболомики) обещает революционизировать понимание развития человеческого мозга. Эти технологии теперь сделать возможным «точность медицина» подход к характеристике психоневрологических заболеваний на основе case-by-case.

Текущий штапель в поле hiPSC заболевание моделирование является дифференцироваться в определенных нейронов подтипы в монослое клеток или использовать систему 3D культуры под названием органоид резюмировать аспекты мозга развития^{1,2, 3}. Эти системы были невероятно ценным в изучении и расчехлять уникальные аспекты развития человеческого потенциала и болезни^4,5,6,7. Однако нейронов культур и organoids часто требуют везде от недель до месяцев в культуре прежде чем они готовы учиться. Трудоемкий характер этих протоколов и количество ресурсов, необходимых для поддержания этих систем культуры часто ограничивают количество экспериментов, которые могут быть выполнены и количество переменных (как факторы роста или наркотиков), которые могут быть проверены. Кроме того многие исследования с использованием пост митотическая нейронов и organoids были сосредоточены на процессы такие как нарост или синапса образования дендритов, которые происходят позже в процессе развития. Хотя эти процессы были причастны к патологии развития расстройств, таких как аутизма и шизофрении, ранее развития события, которые происходят до окончательного нейрональных дифференциация также важны для патогенеза заболеваний^{8 ,9,10,11,12,13}. Действительно недавние геномные исследования показывают, что периода середины плода, который состоит из распространения, процесс нарост и миграции, особенно важное значение в патогенезе аутизм^11,14. Таким образом важно изучить нервных стволовых и прародитель клеточных популяций, чтобы лучше понять эти ранее процессов. Органоид систем, которые считаются лучше итог развития человеческого мозга из-за их 3D природа и организованную структуру, содержать прародителя бассейн, который был использован для изучения некоторых из этих более ранних событий. Однако прародитель населения organoids часто является редким и больше как радиальные глиальные клетки чем нервных стволовых и прогениторных клеток^5,15. Таким образом было бы полезно иметь высокую пропускную способность метода для изучения ранних стадиях нейроразвития в популяции активно пролиферативной клеток.

В лаборатории, мы создали протокол, использующий hiPSC производные нейронных прекурсоров клетки (НПС), смешанного населения нервных стволовых и прогениторных клеток, что весьма пролиферативная, изучение неврологического процессов, таких как распространение, миграции клеток, и расширение начального процесса (neurite). Эти анализы были разработаны от методов, используемых в нашей лаборатории на протяжении десятилетий успешно учиться нейроразвития крысы и мыши корковых культур^{16,,1718,19,20, 21,,22}–²³. Важно отметить, что также было показано, что фенотипы и регулирования сигналов, определенных в системах культуры крысы и мыши очень интеллектуальный механизмов, которые активно в естественных условиях, указывающее значение этих методов^{16, 17,18,19,24}. После первоначального дифференциации hiPSCs с НПС эти методы позволяют нам для изучения жизненно важных процессов развития в считанные дни. Эти методы имеют много преимуществ: (1) они требуют мало сложного оборудования и легко осуществить, (2) многочисленные экспериментальные реплицирует может проводиться в течение короткого времени, позволяя быстрое подтверждение воспроизводимости результатов, и (3) Культура переменных, таких как покрытие матрицы, эффекты факторов роста и активности препаратов могут быть проверены, быстро и экономично. Кроме того мы воспользоваться хорошо созданы роль внеклеточных факторов роста как критические регуляторы различных процессов развития. НПС были подвержены выбрать развития сигналы, которые непосредственно стимулировать такие события, как распространение, neurite нарост и миграции клеток и обнаружили, что они повышают способность выявлять дефекты, которые не проявляются в условиях управления^{19 , 25 , 26 , 27 , 28}. Аналогичным образом, облегчения оценки наркотиков обеспечивает мощный авеню принять точности методов медицины для проверки эффективности различных терапевтических вмешательств. Таким образом этот протокол способствует высокой пропускной способности, воспроизводимость и простой методологии для изучения раннего развития мозга, патогенеза заболевания и потенциальных благотворно факторов роста и наркотиков на фенотипы психомоторного развития.