מחלות נוירודגנרטיביות כולל מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון, מחלת הנטינגטון, טרשת אמיוטרופית צידית ודמנציה פרונטו-טמפורלית הן הפרעות הרסניות ללא תרופה ידועה, בעיקר בשל חוסר הבנה של מנגנוני המחלה הבסיסיים. זנים מוטנטיים רבים של עכברים נוצרו כמודלים לחקירת מחלות אלה 1,2,3,4,5. בעוד שהתקבלו תובנות בסיסיות לגבי פתולוגיה ומנגנונים של מחלות, חקירות ברזולוציה תת-תאית וניתוחים בתפוקה גבוהה כגון מסכי תרופות אינם אפשריים במודלים של בעלי חיים. מערכות סלולריות ומערכות מודלים של בעלי חיים קטנים ממלאות את הנישה הזו.
תרביות תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים אנושיים (hIPSC) והתמיינות עצבית הן מערכת רבת עוצמה לחקר ההשפעות של שינויים גנטיים ברקע אנושי. עם זאת, תנאי תרבות שונים, פרוטוקולי בידול והטיות מבוססות משתמש מובילים פעמים רבות לבעיות שחזור. דהינגרה ועמיתיו מציגים את האוטומציה של תרביות hiPSC והתמיינות עצבית התואמות להדמיה וניתוח אוטומטיים6. מערכת זו לא רק מובילה לתרבות והתמיינות ניתנת לשחזור יותר של תאי IPS אנושיים לשושלות עצביות, אלא גם מאפשרת מעקב חי אוטומטי אחר פנוטיפים תאיים, כולל כימות אורכי נויריטים, היווצרות מצטברת או קליטה של מיני חלבונים פתוגניים, וניוון עצבי לאורך תקופה של חודשיים.
שינויים בהומאוסטזיס של סידן נקשרו למחלות ניווניות שונות, בפרט מחלת פרקינסון7. בנקרופט וסריניוואסן מציגים פרוטוקול לכימות שטף הסידן בנוירונים דופמינרגיים מתורבתים8. המערכת המוצגת יכולה להוביל להבנה טובה יותר של האופן שבו איתות סידן חריג מעורר אובדן נוירונים דופמינרגיים וניתן להשתמש בו כפלטפורמת סינון תרופות בתפוקה גבוהה לזיהוי תרכובות נוירו-פרוטקטיביות.
אובדן סינפסה הוא מאפיין שכיח בקרב מחלות נוירודגנרטיביות9. עם זאת, הסיבות הבסיסיות נותרו לא ברורות. סידיסקי ובבקוק מציגים שיטה לכימות שלמות סינפטית באופן תלוי גיל בצמתים העצביים-שריריים של רקמת שריר האורך הגבי (DLM) בדרוזופילה מלנוגסטר10. חשוב לציין, פרוטוקול הדיסקציה שלהם, הכולל הקפאת בזק של רקמות, משמר הן את רקמת העצב והן את רקמת השריר, ובשל קלות המניפולציה הגנטית של הזבוב, מאפשר לחקור שינויים בשלמות הסינפטית והתנוונותה במודלים של מחלות ניווניות.
מחלות נוירודגנרטיביות והזדקנות קשורות לכשלים בפרוטאוסטזיס11, וגם פירוק חלבונים וסינתזה היו מעורבים. Papandreou et al. מציגים פרוטוקול לכימות סינתזת חלבון דה נובו 12, תוך שימוש בהתאוששות פלואורסצנטית לאחר פוטוהלבנה (FRAP) במודלים של C. elegans המבטאים GFP. ניתן להרחיב מערכת זו לאיחוי GFP של כל חלבון הקשור למחלה, בין אם מתבטא באופן נרחב במערכת העצבים של התולעת או ממוקד לתאים או רקמות ספציפיות, ומאפשר מחקר in vivo של סינתזת חלבונים בהיעדר שיטות לא רדיואקטיביות ולא פולשניות, בנוסף ליכולת לבצע מסכים גנטיים או מולקולות קטנות כדי לזהות מודולטורים חדשים להתגברות על תפקוד לקוי של פרוטאוסטטי.
הגנה מפני צבירת חלבונים ומוות נוירונים הן אסטרטגיות מבוקשות להאטת מחלות ניווניות. Palikaras et al. מתארים כיצד התניה מוקדמת של הלם חום ב - C. elegans מקדמת הגנה עצבית מפני מוות תאים המופעל על ידי אלפא-סינוקלאין וירידה באגרגטים המושרים על ידי PolyQ13.
מחלות נוירודגנרטיביות משפיעות על יותר מ-50 מיליון אנשים ברחבי העולם, ללא תרופה ידועה. עם ההתקדמות האחרונה בעריכה גנטית וטכנולוגיית IPSC, למודלים תאיים ובעלי חיים קטנים יש את היתרון של טיפול במנגנוני המחלה המולקולריים והתאיים הבסיסיים, מאפשרים מניפולציות גנטיות מהירות וחסכוניות, והם אידיאליים כפלטפורמת סינון בתפוקה גבוהה לספריות של תרכובות טיפוליות חדשות. אוסף זה של שיטות מחלה מאפשר לחוקרים להשתמש בחלק מהמודלים הללו.