تمایز سریع و موثر نورون های حرکتی دارای عملکرد از iPSCهای انسانی برای مدل سازی آسیب عصبی
تاریخ انتشار: پنجشنبه 26 مهر 1397
| امتیاز:
نورون های اولیه جوندگان و رده های سلولی نامیرا شده به میزان زیادی برای مطالعات آزمایشگاهی آسیب ترومایی به نورون های محیطی و مرکزی استفاده شده اند اما دارای برخی از محدودیت های دقت فیزیولوژیک را نیز دارا هستند. نورون های حرکتی(MN) مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی(iPSCs) قادر به تولید مدل های سلولی با ویژگی های مربوط به فیزیولوژی انسانی هستند. برای تسهیل این امر، پروتکل های تمایز نورون های حرکتی مطلوب است که به طور سریع و موثر iPSCهای انسانی را به نورون های حرکتی از نظر الکتروفیزیولوژیک فعال تمایز دهند. در این مطالعه، ما پروتکل ساده و سریعی را برای تمایز iPSCهای انسانی به نورون های حرکتی دارای عملکرد نخاعی(پایین تر) ارائه کرده ایم که تنها شامل تولید سریع سلول های د دارای عملکرد الکتروفیزیولوژیک برای آزمایش های آسیب عصبی کوتاه مدت هستند. ما تمایز موفقیت آمیز در دو رده iPSC غیر مرتبط را با کمی سازی بیان مارکرهای خاص عصبی و با ارزیابی عملکردی بودن سلول ها در مراحل مختلف بلوغ از طریق تصویر برداری کلسیم و پچ کلامپ نشان می دهیم. نشان داده شد که نورون های تمایز یافته از نظر الکتروفیزیولوژیک بوسیله تغییر شکل مکانیکی تک جهتی تغییر یافتند. فعالیت شبکه ای خود بخودی با به کار بردن کشش کاهش یافت که نشان دهنده ارتباطات نابجای شبکه ای بود. این نتایج ممکن بودن استفاده از این پروتکل ساده و سریع برای تمایز نورون های حرکتی مشتق از iPSCها را نشان می دهد که برای مطالعات آزمایشگاهی آسیب عصبی و فوکوس روی تغییرات الکتروفیزیولوژیک ناشی از تغییر شکل مکانیکی یا تروما مناسب هستند.
Stem Cell Res. 2018 Sep 26;32:126-134. doi: 10.1016/j.scr.2018.09.006. [Epub ahead of print]
Rapid and efficient differentiation of functional motor neurons from human iPSC for neural injury modelling.
Bianchi F1, Malboubi M1, Li Y2, George JH1, Jerusalem A3, Szele F2, Thompson MS1, Ye H4.
Abstract
Primary rodent neurons and immortalised cell lines have overwhelmingly been used for in vitro studies of traumatic injury to peripheral and central neurons, but have some limitations of physiological accuracy. Motor neurons (MN) derived from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) enable the generation of cell models with features relevant to human physiology. To facilitate this, it is desirable that MN protocols both rapidly and efficiently differentiate human iPSCs into electrophysiologically active MNs. In this study, we present a simple, rapid protocol for differentiation of human iPSCs into functional spinal (lower) MNs, involving only adherent culture and use of small molecules for directed differentiation, with the ultimate aim of rapid production of electrophysiologically functional cells for short-term neural injury experiments. We show successful differentiation in two unrelated iPSC lines, by quantifying neural-specific marker expression, and by evaluating cell functionality at different maturation stages by calcium imaging and patch clamping. Differentiated neurons were shown to be electrophysiologically altered by uniaxial mechanical deformation. Spontaneous network activity decreased with applied stretch, indicating aberrant network connectivity. These results demonstrate the feasibility of this rapid, simple protocol for differentiating iPSC-derived MNs, suitable for in vitro neural injury studies focussing on electrophysiological alterations caused by mechanical deformation or trauma.
PMID: 30278374