通过非侵入性经鼻途径在免疫功能正常的小鼠大脑中移植人诱导的多能干细胞衍生小胶质细胞
May 31st, 2022
这里介绍的方案允许在免疫功能正常的小鼠中通过经鼻途径将诱导多能干细胞衍生的人小胶质细胞（iPSMG）移植到大脑中。图中显示了用于制备和经鼻移植细胞以及施用细胞因子混合物以维持iPSMG的方法。
该方案允许通过将CSF1受体拮抗剂PLX5622的药理学开/关与经鼻移植相结合，将iPSMG非侵入性移植到免疫功能正常的小鼠脑中。该技术的主要优点是iPSMG即使在免疫功能正常的小鼠中也可以移植而不会引起脑损伤。小胶质细胞移植可作为未来在各种神经退行性疾病中将功能失调的小胶质细胞与功能性小胶质细胞交换的潜在疗法。
演示该程序的将是Bijay Parajuli，他是我实验室的研究员。首先在37摄氏度的水浴中快速解冻冷冻诱导的多能干细胞衍生的人小胶质细胞。旋转样品，直到所有可见的冰都融化。
将解冻的iPSMG加入培养基中，加热至37摄氏度。将1毫升细胞加入10毫升培养基中。将细胞以300倍g离心五分钟以获得细胞沉淀。
在不干扰细胞沉淀的情况下除去上清液。加入移植培养基以获得每微升10至第五个细胞的细胞浓度。将iPSMG放在冰上，然后立即进行移植。
为了准备小鼠进行经鼻移植，用含有PLX的饮食喂养雄性小鼠七天。在第七天结束时，停止PLX饮食并以正常饮食喂养小鼠。在iPSMG经鼻移植前一小时，使用10微升移液器尖端向每个鼻孔施用2.5微升PBS中的透明质酸酶，以增加对鼻粘膜的通透性。
在施用透明质酸酶后将小鼠置于仰卧位。在iPSMG经鼻移植前10分钟给予2.5微升透明质酸酶。使用10微升移液器吸头将2.5微升细胞悬浮液施加到小鼠的一个鼻孔中。
将小鼠置于仰卧位五分钟，然后将细胞悬浮液施用于另一个鼻孔。给药四次细胞悬浮液，每只动物的总体积为20微升。停止PLX喂养后48小时，在同一只小鼠上重复施用透明质酸酶和细胞悬浮液。
对于细胞因子的施用，使用10微升移液器尖端将2.5微升移植培养基施用于小鼠的一个鼻孔。经过两个月的鼻移植后，移植细胞的数量可以通过计数对人类特异性和全小胶质细胞标志物呈阳性的细胞来确定。内源性小鼠小胶质细胞仅对全小胶质细胞标志物呈阳性。
在对照小鼠中，在皮质和海马体中仅检测到小鼠小胶质细胞。在iPSMG移植小鼠的皮层中，仅检测到小鼠小胶质细胞，而在海马体中检测到iPSMG。当尝试这种方案时，完全去除上清液对于防止细胞因子的稀释至关重要。
每12小时施用细胞因子对于移植细胞的活力至关重要。iPSMG移植需要消耗内源性小鼠小胶质细胞。该程序允许将iPSMG移植到正常或患病的小鼠大脑中。
因此，可以确定iPSMG的特征以及对疾病的反应。该技术适用于确定iPSMG在小鼠大脑中的体内特性。因此，将iPSMG移植到疾病模型小鼠中将有助于我们了解反应，并可能为新的治疗靶点铺平道路。
概述
本研究提出了一种通过经鼻途径将诱导多能干细胞源的人类小胶质细胞（iPSMG）非侵入性移植到免疫能效鼠脑内的方法。该方案利用细胞因子管理和内源性小胶质细胞的删除来实现iPSMG的有效整合，可能为神经退行性疾病的治疗方法铺平道路。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 干细胞研究
- 小胶质细胞生物学
背景
- 诱导多能干细胞可以分化成功能性小胶质细胞。
- 小胶质细胞功能障碍与各种神经退行性疾病有关。
- 经鼻递送是细胞移植的一种新方法。
- 移植后细胞生存需要细胞因子管理。
研究目的
- 开发一种非侵入性小胶质细胞移植的方法。
- 评估经鼻递送在维持正常脑功能方面的可行性。
- 评估iPSMG替代功能障碍性小胶质细胞的潜力。
使用的方法
- 主要平台包括在免疫能效鼠中进行iPSMG的经鼻移植。
- 雄性鼠预处理使用CSF1受体拮抗剂PLX5622和透明质酸酶溶液以增强鼻腔通透性。
- 细胞悬液在特定时间表上以多剂量方式给药以确保适当整合。
- 移植后监测包括评估移植细胞的存在和活力。
主要结果
- 移植的iPSMG成功整合到小鼠海马中，而不损伤内源性小胶质细胞。
- 每12小时管理细胞因子对于移植后细胞活力的维持至关重要。
- 该方法允许在正常和疾病模型中检查iPSMG的反应。
结论
- 该方案促进了体内iPSMG的研究，这可能为未来神经退行性疾病的基因治疗提供信息。
- 了解移植小胶质细胞的行为可以帮助界定其在脑健康中的作用。
- 这种方法可能为治疗小胶质细胞相关病理的新型治疗靶点开辟途径。
常见问题
Executive Industry Relevance
Non-invasive transplantation of human iPSC-derived microglia into immunocompetent mouse brains enables direct in vivo study of human microglial function and disease response. This approach addresses translational gaps between rodent and human microglia, supporting more predictive preclinical models for neurodegenerative disease research. The protocol enhances target validation and mechanistic de-risking at early discovery and preclinical inflection points.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables in vivo interrogation of human microglial biology within a mammalian brain environment.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing human-specific microglial responses from murine models.
- Facilitates functional target validation for neuroinflammation and neurodegeneration pathways.
Screening & Assay Development
- Provides a validated system for evaluating human microglial integration and viability in vivo.
- Enables reproducible quantification of transplanted versus endogenous microglia using specific markers.
- Supports downstream screening of compounds targeting human microglial function in a physiological context.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with human disease relevance by incorporating human microglia into mouse brains.
- Enables assessment of human microglial response in both normal and disease model mice.
- Improves predictive confidence for translational biomarker discovery and therapeutic hypothesis testing.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol bridges early discovery and preclinical research by enabling functional studies of human microglia in vivo, supporting lead identification and translational continuity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on human microglial roles in brain physiology and pathology.
- Screening: Delivers quantitative readouts of cell integration and viability post-transplantation.
- Analytics: Enables marker-based discrimination between human and mouse microglia for robust data analysis.
- Translational Research: Facilitates disease-relevant modeling by transplanting iPSMG into disease model mice.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating human microglial function across multiple disease contexts.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces species-specific ambiguity in neuroinflammation research.
- Operational Value: Standardizes non-invasive cell delivery and quantification workflows for cross-study reproducibility.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions for microglia-targeted therapeutics by providing human-relevant data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neurodegenerative disease programs by improving model fidelity.
Implementation Considerations
- Requires expertise in iPSC culture, microglial differentiation, and in vivo transplantation techniques.
- Needs access to pharmacological agents for endogenous microglia depletion and cytokine support.
- Demands standardized protocols for cell preparation, transplantation, and post-transplant analysis.
- Adaptation to other model systems may require optimization of delivery and depletion parameters.
- Continuous cytokine administration is critical for transplanted cell viability, as supported by the protocol.
