يؤدي دمج ألياف PLGA وتضمين الدمل والإثارة إلى جيل قوي من الكائنات العضوية الدماغية التي تمكن من الحفاظ على الثقافات المشتقة من iPSC لفترات طويلة من الزمن (الشكل 1).

الشكل 1: رسم تخطيطي لسير العمل والجدول الزمني لهذه الطريقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
فترة الحث العصبي الأولية قابلة للمقارنة مع الإجراءات المنشورة مسبقا11. تبدأ الأجسام الجنينية (EB) كمجاميع دائرية (الشكل 2B) بحواف بيضاء أو شفافة. مع تغير EB من وسائط الحث العصبي إلى وسائط الصيانة العصبية في DIV7 ، تظهر النتوءات والتبرعم في غضون 24 ساعة من الأنسجة الدائرية (الشكل 2C). علاوة على ذلك ، مع استمرار نمو العضو العضوي ، تساعد مساحة سطح ألياف PLGA العضو العضوي على الاستطالة (الشكل 2 د). أثناء النضج ، يجب أن تظل حواف العضو سليمة ، لأنها علامة جيدة على الخلايا السليمة والتطور ؛ خلاف ذلك ، يجب توفير مغذيات إضافية13 (الشكل 2E). يتم تسهيل نمو المواد العضوية بشكل أكبر من خلال إثارة الثقافة العضوية ، لأن هذا يحسن التروية بالمواد المغذية.

الشكل 2: تمايز ونضج العضويات الدماغية . (أ) صورة تمثيلية لثقافة iPSC عند التقاء 70٪ -80٪. (ب) تم إنشاء الأجسام الجنينية (EBs) وتم تحفيز التكوين العصبي الظهاري حتى DIV7. ثم تم تضمين EBs في مصفوفة الغشاء وتمييزها بشكل أكبر نحو الكائنات العضوية الدماغية. (ج) عضويات في DIV10 تعرض تكوينات ناشئة متميزة. يمكن أن تنضج الكائنات العضوية بشكل أكبر في مصفوفة الغشاء باستخدام إما (D) الدمل أو (E) تضمين شطيرة ، كما هو موضح هنا في DIV30. (F) تظهر الثقافة طويلة الأجل نمو عضويات دماغية إلى أحجام كبيرة (DIV70). شريط المقياس = 500 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وتستكمل الأبعاد والتشكل الخارجي للعضوي ببنية معقدة داخل العضو العضوي. بعد تثبيت الأنسجة في DIV7 بعد المرحلة الأولى من التمايز ، تعبر خلايا EB عن SOX2 ، وهو عامل نسخ صندوق HMG يعمل كعلامة للخلايا الجذعية العصبية متعددة القدرات21 ، بالإضافة إلى صندوق البروتين المقترن Pax-6 ، مما يشير إلى الخلايا السلفية العصبية (الشكل 3). يمكن بالفعل رؤية الخلايا العصبية غير الناضجة التي تتميز ب TuJ1 (الفئة الثالثة β-tubulin)22 منتشرة في جميع أنحاء الأنسجة.
في هذه المرحلة ، يصبح مثال على التنظيم الذاتي الذي تمر به هذه الكائنات العضوية واضحا. يشبه تنظيم الهياكل الشعاعية ، التي تسمى الوريدات ، الأنبوب العصبي ، مع خلايا SOX2 + في مركز الوردة21 و PAX6 باتجاه محيط الوردة. هذه الوريدات تؤدي إلى الخلايا العصبية أثناء هجرتها. هذه الخلايا المشعة هي في البداية إيجابية مزدوجة لعلامة الخلايا الجذعية / السلفية العصبية Nestin23 والبروتين الحمضي الليفي الدبقي (GFAP) ، على غرار الدبقية الشعاعية الموجودة في المناطق العصبية في الدماغ في الجسم الحي . عندما تنضج هذه الخلايا العصبية المهاجرة ، تعكس علامات الهيكل الخلوي هذا التغيير22. تظهر علامة التمايز العصبي في المرحلة المبكرة TuJ122 في الدائرة الداخلية للوردة وتتحول إلى البروتين 2 المرتبط بالأنابيب الدقيقة 2 (MAP2) 24 ، وهي علامة نضج خاصة بالخلايا العصبية في المحيط.

الشكل 3: تظهر الأجسام الجنينية في DIV7 تنظيما هيكليا وتوصيف غير ناضج. صورة كاملة للكيمياء المناعية ل EB في DIV7. (أ) صورة مركبة ل EB تعرض (B) وريدات عصبية SOX2 + ، (C) خلايا عصبية غير ناضجة (TUJ1) منتشرة في جميع أنحاء EB ، (D) خلايا السلف العصبي (PAX6) ، و (E) نوى تصورها DAPI. شريط المقياس = 100 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
مع تقدم الكائنات العضوية في العمر ، يبدأ تنظيم وعلامات الخلايا العصبية النامية في تكرار الظروف الفسيولوجية. في DIV30 ، يمكن ملاحظة العديد من الوريدات التي تؤدي إلى ظهور مناطق عصبية مكافئة للدماغ النامي25. بواسطة DIV60 ، هذه المناطق العصبية SOX2 + غير موجودة ويتم استبدالها ب MAP2 و NeuN26 الناضجين ، وعلامة تمايز الخلايا العصبية ، والخلايا العصبية الإيجابية (الشكل 4 والشكل 5).

الشكل 4: تظهر الكائنات العضوية في DIV120 توصيفا عصبيا ناضجا. صورة الكيمياء الهيستولوجية المناعية لقسم عضوي في DIV 120. (أ) صورة مركبة للمقطع توضح علامات عصبية ناضجة للعدد (ب) MAP2 (أرجواني) و(ج) نيوون (أخضر). (د) تصور النوى بواسطة DAPI. شريط المقياس = 20 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي للقطرات العضوية DIV120. الرسوم البيانية الرقمية لتفاعل البوليميراز المتسلسل بالقطرات التي توضح قيمة التعبير المطلق ل (A) MAP2 (أعلى ، أزرق) و (B) NeuN (أسفل ، أخضر). تفصل الخطوط الصفراء المائلة بين خطوط iPSC المختلفة (A ، B ، C ، إلخ) ، وقد تم تجميع المواد العضوية معا. ن = 5. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يمكن استخدام هذه الواسمات الهيكلية الخلوية جنبا إلى جنب مع علامات ما بعد الانقسام (مثل doublecortin27 و synapsin28) للتحقيق في اللدونة المشبكية وغيرها من الانخفاضات المرتبطة بالعمر (الشكل 6) ، بالإضافة إلى أنسجة المخ الإضافية مثل الخلايا النجمية والدبقية (الشكل 7).

الشكل 6: مثال على التحليل التشابكي الطرفي. صورة الكيمياء الهيستولوجية المناعية لقسم من العضو العضوي في DIV 120. (أ) صورة مركبة للمقطع ملطخة ب (ب) MAP2 و (ج) دبل كورتين (DCX) و (د) المشبك الأول (SYN). (ه) تصورت النوى بواسطة DAPI. شريط المقياس = 200 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 7: دليل على تطور الخلايا الدبقية. صورة الكيمياء الهيستولوجية المناعية لقسم من العضو العضوي في DIV 120. أ: صورة مركبة للمقطع الملون للجزيء 1 (Iba1) و(ج) NeuN: (ب) (د) تصور النوى بواسطة DAPI. شريط المقياس = 100 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| الكاشف | التركيز النهائي | الحجم (إجمالي 50 مل) |
| DMEM-F12 | 50% | 25 مل |
| الوسط العصبي القاعدي | 50% | 25 مل |
| ملحق N2 (100x) | 1x | 0.25 مل |
| مكمل B27 - / + فيتامين أ (50x) | 0.5 مرة | 0.5 مل |
| إنسولين | 0.25% | 12.5 ميكرولتر |
| جلوتا ماكس (100x) | 1x | 0.5 مل |
| MEM-NEAA (100x) | 0.5 مرة | 0.25 مل |
| هيبس (1 م) | 10 مللي متر | 0.5 مل |
| مضاد حيوي / مضاد حيوي (100x) | 1x | 0.5 مل |
| 2-β-ميركابتوإيثانول | 50 ميكرومتر | 17.5 ميكرولتر |
| * ملاحظة: بعض DMEM-F12 يحتوي بالفعل على GlutaMAX ، لا حاجة لإضافة إضافية. |
الجدول 1: تركيب وسائط التمايز المستخدمة في هذه الدراسة.