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Wir haben bereits ein 3-D-Modellsystem gemeldet, das aus patientenorientierten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) erzeugt wurde, die einige Aspekte der frühen kortikalen Netzwerkentwicklung zusammenfassen 1 . Dieses 3-D-Modell, ein serumfreier Embryoidkörper (SFEB), verbessert die bisherigen einfachen Aggregations-HIPSC-Modelle 2 , 3 . Ein wachsender Körper der Arbeit zeigt, dass 3-D-Strukturen wie unsere SFEBs, ungefähre Aspekte der neuralen Entwicklung, die in vivo und zu einem früheren Zeitpunkt beobachtet werden, als in den zweidimensionalen (2-D) / Monolayer-hiPSC-Modellen 4 , 5 beobachtet wurden . Die anfänglichen Studien konzentrierten sich auf die selbstorganisierende Komplexität von 3-D-Körpern, ohne ihre physiologische Komplexität zu demonstrieren 2 .
Das hier beschriebene Protokoll wurde auf undifferenzierten HiPSCs aus Fibroblasten und Peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs). Diese Zellen werden auf γ-bestrahlten Maus-Embryonal-Feedern (MEFs) gehalten. Diese hiPSC-Kolonien werden manuell von spontan differenzierten Zellen gereinigt, enzymatisch geerntet und in Medium, das den Rho-Kinase-Inhibitor Y-27632 (ROCKi) enthält, resuspendiert. Undifferenzierte hiPSCs werden einer Dissoziation und Zentrifugation unterworfen, bevor sie auf 96-Well-Niedrigadhäsions-V-Bodenplatten übertragen werden. Nach dem Plattieren wird die neuronale Induktion mittels Dual-SMAD-Hemmung (SB431542 und LDN193189 zusammen mit dickkopf 1 (DKK-1)) initiiert, um eine anterior-frontale Vorderhirn-Neuronal-Schicksalslinie 6 zu treiben. Nach 14 Tagen werden die SFEBs in Zellkultureinsätze in eine 6-Well-Platte überführt. Einmal übertragen, beginnen die runden SFEBs zu verbreiten und zu dünn, während die Aufrechterhaltung lokaler Netzwerkverbindungen, wie es häufig in hippocampalen organotypischen Scheibenkulturpräparaten unter Verwendung ähnlicher Zellkultureinsätze 1 ,Ss = "xref"> 7
Die Verwendung einer SFEB-basierten 3-D-Plattform in diesem Format ist der effizienten Herstellung von kortikalen Netzwerken zugänglich, die unter Verwendung von zellbasierten physiologischen Assays wie z. B. Calcium-Imaging oder elektrophysiologische Assays wie Einzelzell-Aufnahmen oder Multi-Elektroden-Array (MEA) abgefragt werden können ) 1 . Obwohl 3-D-Systeme die Marker der frühen kortikalen Entwicklung tragen, haben andere Studien gezeigt, dass diese 3-D-Körper längere Inkubationszeiten benötigen, um das inhärent langsamere Tempo der Entwicklung des menschlichen Gewebes zu ermöglichen 8 . Dieses SFEB-Protokoll generiert erfolgreich 3-D-SFEBs aus undifferenzierten hiPSCs, die Aspekte der frühen Entwicklung der Kortex erfassen.
Das Potenzial von SFEBs, Netzwerk-Aberrationen bei neurologischen Störungen zu modellieren, ist eine Stärke dieses Systems. Die aus dem Patientengewebe gewonnenen hiPSCs können in Zellen des Nervensystems gezüchtet werden, die dem Arsch unterworfen sindAys in Bezug auf die Zellbiologie sowie die gleichzeitige Genexpression. Human-iPSCs werden verwendet, um das genetische Profil von großen Gruppen von Individuen mit unterschiedlichen neurologischen Störungen mit komplexen Ätiologien wie Autismus-Spektrum-Störung (ASD), Schizophrenie 9 , Rett-Syndrom 10 und Alzheimer-Krankheit 11 , 12 zu ermitteln . Bis vor kurzem waren iPSC-Modelle typischerweise Monolayer-Präparate, die bei der Bewertung molekularer Wechselwirkungen bei der Entschlüsselung der in vivo beobachteten komplexen zellulären Wechselwirkungen unzureichend waren. Tiermodelle sind der Standard-Ersatz für die Wiederherstellung der Ganz-Organ-Plattform. Diese Tiermodelle werden von einer schlechten Übersetzung der Befunde geplagt und haben eine begrenzte Fähigkeit, menschliche genetische Profile zu replizieren, die durch große genetische Screening-Studien identifiziert wurden. So fügt die Entwicklung von 3-D-Systemen von iPSCs eine erforderliche Schicht von Komplexität in menschlichen hinzuKrankheitsmodellierung 13 , 14 . Der nächste Schritt für 3D-hiPSC-Plattformen ist es, den großtechnischen Anforderungen des Hochdurchsatz-Screenings unter Verwendung von zellbasierten Assays 15 Rechnung zu tragen.