Différenciation des lignées du système nerveux entérique à partir de cellules souches pluripotentes humaines
May 17th, 2024
La dérivation de lignées du système nerveux entérique (ENS) à partir de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) fournit une source évolutive de cellules pour étudier le développement et la maladie de l’ENS, et à utiliser en médecine régénérative. Ici, un protocole in vitro détaillé pour dériver des neurones entériques à partir de hPSC en utilisant des conditions de culture chimiquement définies est présenté.
Ici, nous fournissons une méthode pour la génération de neurones entériques humains à partir de cellules souches pluripotentes humaines dans des conditions entièrement définies, et nous utilisons ces cellules afin de comprendre le développement et la fonction du système nerveux entérique humain. Je pense donc que le développement du système nerveux entérique humain, la physiologie et la physiopathologie ont été un grand défi, et c’est à cause de la rareté des cellules du système nerveux entérique et de la nature transitoire des progéniteurs de la crête neurale, et de la difficulté d’accès aux tissus et d’isolement des tissus. Il s’agit d’une plate-forme robuste pour générer des neurones entériques humains authentiques et fonctionnels à partir de HPSC, et en surmontant les défis techniques de longue date en matière d’accès aux tissus, elle fournit des cultures évolutives de composants du système nerveux entérique pour la modélisation des maladies, la découverte de médicaments et l’étude des développements et de la fonction ENS.
Aperçu
Cette étude présente un protocole in vitro détaillé pour dériver des neurones entériques humains à partir de cellules souches pluripotentes humaines (CSPH) dans des conditions chimiquement définies. La plateforme permet une culture à l'échelle des composants du système nerveux entérique, ouvrant des voies pour l'étude du développement du SNE, la modélisation des maladies et la médecine régénérative.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Biologie cellulaire
- Médecine régénérative
Contexte
- Comprendre le développement et la fonction du système nerveux entérique (SNE) humain est difficile en raison de la rareté des cellules SNE.
- L'accès aux tissus et l'isolement de ces cellules ont été difficiles.
- Les méthodes existantes pour générer des neurones entériques sont souvent limitées et pas entièrement définies.
- Il existe un besoin de solutions à l'échelle pour les composants SNE afin de faciliter la recherche.
Objectif de l'étude
- Fournir une méthode fiable pour générer des neurones entériques humains fonctionnels à partir de CSPH.
- Surmonter les défis associés à l'accès aux tissus et à la rareté des cellules.
- Utiliser les neurones générés pour la modélisation des maladies et la découverte de médicaments.
Méthodes utilisées
- La plateforme principale utilisée est la culture cellulaire de cellules souches pluripotentes humaines.
- Le modèle biologique implique la différenciation des CSPH en neurones entériques par induction de la crête neurale.
- La méthode comprend l'incubation des cellules dans des milieux définis (Milieu A, B, C) sur 30 à 40 jours avec des calendriers d'alimentation spécifiques.
- Les étapes clés incluent l'aspiration du milieu, le détachement des cellules, la centrifugation et la remise en suspension dans les milieux NCC et ENC.
- Les échéances critiques incluent l'alimentation quotidienne et le comptage des cellules pour assurer une différenciation neuronale réussie.
Résultats principaux
- Le protocole a produit des neurones entériques authentiques et fonctionnels, avec l'observation de neurites entre les jours 25 et 30.
- Des sphéroïdes flottants de haute qualité exprimant le marqueur de la crête neurale SOX10 ont été générés.
- La viabilité cellulaire et la morphologie ont indiqué une différenciation et une croissance réussies en culture.
- Dans l'ensemble, les résultats ont validé la méthode comme robuste pour générer des composants SNE.
Conclusions
- Cette étude démontre une approche efficace pour générer des neurones entériques humains à partir de CSPH, facilitant la recherche sur le SNE.
- La méthode permet des cultures à l'échelle pour des études futures sur le développement du SNE et les maladies.
- Ces avancées ont des implications significatives pour la compréhension des mécanismes du SNE et le développement de thérapies régénératives.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Reliable differentiation of enteric nervous system (ENS) lineages from human pluripotent stem cells (hPSCs) addresses a critical bottleneck in disease modeling and drug discovery for gastrointestinal and neurodegenerative disorders. This scalable, defined in vitro platform overcomes tissue access limitations and enables robust generation of functional ENS cell types, supporting predictive confidence in early-stage target validation. The method positions biopharma R&D teams to advance translational research and de-risk mechanistic hypotheses in ENS-related pathologies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of ENS developmental pathways and functional target validation in a human-relevant system.
- Supports mechanistic de-risking by providing authentic enteric neurons for hypothesis testing.
- Facilitates portfolio triage by clarifying ENS lineage specification and neurotransmitter diversity.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible cultures of ENS lineages for downstream compound screening.
- Delivers quantitative outputs such as cell viability and marker expression for assay development.
- Enables scalable preparation of validated biological systems for high-content screening platforms.
Translational & Preclinical Research
- Offers a disease-relevant human model for studying ENS dysfunction and drug response.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by enabling disease modeling of ENS-related disorders.
- Reduces translational risk by aligning in vitro findings with human ENS biology.
Pipeline & Workflow Integration
This ENS differentiation protocol integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical disease modeling, providing a reusable platform for mechanistic studies and compound evaluation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification in ENS development and function.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for compound assessment in human ENS cell types.
- Analytics: Enables measurement of cell viability, marker expression, and neuronal differentiation for comparative analyses.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical research by modeling human ENS pathophysiology in vitro.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, defined system for repeated use across multiple R&D programs targeting ENS biology.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in ENS-related target validation.
- Operational Value: Standardizes ENS cell generation, improving reproducibility and scalability for screening and modeling.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient advancement of ENS-targeted programs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of assets addressing ENS dysfunction and related diseases.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stem cell culture and neural differentiation protocols.
- Demands access to defined media, specialized coatings, and analytical infrastructure for cell characterization.
- Necessitates cross-team standardization of differentiation and quality control procedures.
- May require adaptation for specific disease models or compound classes.
- Dependent on stringent culture conditions and careful monitoring to ensure reproducibility.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:58
Formation of Neural Crests from Human Pluripotent Stem Cells for Enteric Nervous System Research
1:46
Differentiation of Enteric Neural Crest Spheroid and Neuronal Induction from Human Pluripotent Stem Cells for Enteric Nervous System Research
