نمذجة تطور المخيخ البشري في المختبر في هيكل 2D

Deniz A. Madencioglu; Karina A. Kruth; Thomas H. Wassink; Vincent A. Magnotta; John A. Wemmie; Aislinn J. Williams

doi:10.3791/64462

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

نمذجة تطور المخيخ البشري في المختبر في هيكل 2D

2.1K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64462

⸱

سبتمبر 16, 2022

Deniz A. Madencioglu¹^,³^,⁴^,⁵ , Karina A. Kruth¹^,³^,⁴^,⁵ , Thomas H. Wassink¹^,³ , Vincent A. Magnotta¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , John A. Wemmie¹^,³^,⁴^,⁵ , Aislinn J. Williams¹^,³^,⁴^,⁵

¹Department of Psychiatry, University of Iowa, ²Department of Radiology, University of Iowa, ³Carver College of Medicine, University of Iowa, ⁴Iowa Neuroscience Institute, University of Iowa, ⁵Pappajohn Biomedical Institute, University of Iowa

في هذه المقالة

ملخص

يشرح البروتوكول الحالي توليد طبقة أحادية 2D من الخلايا المخيخية من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات للتحقيق في المراحل المبكرة من تطور المخيخ.

الملخص

يعد التطور الدقيق وفي الوقت المناسب للمخيخ أمرا بالغ الأهمية ليس فقط للتنسيق والتوازن الحركي الدقيق ولكن أيضا للإدراك. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاضطراب في نمو المخيخ متورط في العديد من اضطرابات النمو العصبي ، بما في ذلك التوحد واضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط (ADHD) والفصام. لم تكن التحقيقات في تطور المخيخ لدى البشر ممكنة في السابق إلا من خلال دراسات ما بعد الوفاة أو التصوير العصبي ، ومع ذلك فإن هذه الطرق ليست كافية لفهم التغيرات الجزيئية والخلوية التي تحدث في الجسم الحي أثناء التطور المبكر ، وهو الوقت الذي تنشأ فيه العديد من اضطرابات النمو العصبي. إن ظهور تقنيات لتوليد الخلايا الجذعية متعددة القدرات التي يسببها الإنسان (iPSCs) من الخلايا الجسدية والقدرة على إعادة تمايز الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات إلى خلايا عصبية قد مهدت الطريق للنمذجة في المختبر لنمو الدماغ المبكر. تقدم الدراسة الحالية خطوات مبسطة نحو توليد خلايا مخيخية للتطبيقات التي تتطلب بنية أحادية الطبقة ثنائية الأبعاد (2D). يتم اشتقاق الخلايا المخيخية التي تمثل مراحل النمو المبكرة من iPSCs البشرية من خلال الخطوات التالية: أولا ، تصنع الأجسام الجنينية في ثقافة ثلاثية الأبعاد (3D) ، ثم يتم معالجتها باستخدام FGF2 والأنسولين لتعزيز مواصفات مصير المخيخ ، وأخيرا ، يتم تمييزها بشكل نهائي كطبقة أحادية على ركائز بولي إل أورنيثين (PLO) / لامينين المغلفة. في 35 يوما من التمايز ، تعبر مزارع الخلايا المخيخية المشتقة من iPSC عن علامات المخيخ بما في ذلك ATOH1 و PTF1α و PAX6 و KIRREL2 ، مما يشير إلى أن هذا البروتوكول يولد سلائف الخلايا العصبية المخيخية glutamatergic و GABAergic ، بالإضافة إلى أسلاف خلايا Purkinje. علاوة على ذلك ، تظهر الخلايا المتمايزة مورفولوجيا عصبية مميزة وهي إيجابية لعلامات التألق المناعي للهوية العصبية مثل TUBB3. تعبر هذه الخلايا عن جزيئات التوجيه المحوري ، بما في ذلك semaphorin-4C و plexin-B2 و neuropilin-1 ، ويمكن أن تكون بمثابة نموذج للتحقيق في الآليات الجزيئية لنمو الخلايا العصبية والاتصال المشبكي. تولد هذه الطريقة خلايا عصبية مخيخية بشرية مفيدة للتطبيقات النهائية ، بما في ذلك التعبير الجيني والدراسات الفسيولوجية والمورفولوجية التي تتطلب تنسيقات أحادية الطبقة 2D.

المقدمة

إن فهم تطور المخيخ البشري والنوافذ الزمنية الحرجة لهذه العملية أمر مهم ليس فقط لفك تشفير الأسباب المحتملة لاضطرابات النمو العصبي ولكن أيضا لتحديد أهداف جديدة للتدخل العلاجي. كانت نمذجة تطور المخيخ البشري في المختبر صعبة ، ولكن بمرور الوقت ، ظهرت العديد من البروتوكولات التي تميز الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) أو iPSCs مع مصائر النسب المخيخي¹،²،³،⁴،⁵،⁶،⁷^،⁸ . علاوة على ذلك ، من المهم تطوي....