מחקר זה מתווה גישה חדשנית להקמת תאים דמויי מיקרוגליה (iMG) שמקורם במונוציטים אנושיים המאפשרים הערכה עקיפה של דלקת במוח. זה מציג מודל תאי שעשוי להועיל למחקר המתמקד בדלקת פוטנציאלית במוח ובהפרעות נוירופסיכיאטריות נלוות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מחקר זה מתווה גישה חדשנית להקמת תאים דמויי מיקרוגליה (iMG) שמקורם במונוציטים אנושיים המאפשרים הערכה עקיפה של דלקת במוח. זה מציג מודל תאי שעשוי להועיל למחקר המתמקד בדלקת פוטנציאלית במוח ובהפרעות נוירופסיכיאטריות נלוות.
מחקרים אחרונים שהשתמשו במודלים של בעלי חיים הדגישו את חשיבותם של תאי מיקרוגליה כמודולטורים אימונולוגיים חיוניים במחלות נוירופסיכיאטריות ופיזיות שונות. ניתוח מוח לאחר המוות והדמיית טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים הן שיטות מחקר מייצגות המעריכות הפעלת מיקרוגליאה בחולים אנושיים; הממצאים חשפו את הפעלת תאי המיקרוגליה במוחם של חולים המציגים הפרעות נוירופסיכיאטריות שונות וכאב כרוני. עם זאת, הטכניקה הנ"ל רק מקלה על הערכה של היבטים מוגבלים של הפעלת מיקרוגליה.
במקום ביופסיית מוח וטכניקת תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים, פיתחנו בתחילה טכניקה ליצירת תאים דמויי מיקרוגליה המושרים ישירות (iMG) ממונוציטים אנושיים טריים בדם היקפי על ידי השלמתם עם גורם מגרה מושבת גרנולוציטים-מקרופאגים ואינטרלוקין 34 למשך שבועיים. תאי iMG אלה יכולים לשמש לביצוע ניתוחים מורפולוגיים ומולקולריים דינמיים בנוגע לקיבולת פגוציטית ושחרור ציטוקינים לאחר גירוי מתח ברמת התא. לאחרונה, ניתוח שעתוק מקיף שימש כדי לאמת את הדמיון בין תאי iMG אנושיים לבין מיקרוגליה ראשונית במוח.
תאי iMG שמקורם במטופל עשויים לשמש כסמנים חלופיים מרכזיים לחיזוי הפעלת מיקרוגליאה במוחות אנושיים וסייעו בחשיפת פתופיזיולוגיה דינמית שלא הייתה ידועה בעבר של מיקרוגליה בחולים עם מחלת Nasu-Hakola, פיברומיאלגיה, הפרעה דו קוטבית ומחלת Moyamoya. לכן, הטכניקה מבוססת iMG משמשת ככלי רב ערך לתרגום לאחור ומספקת תובנות חדשניות להבהרת הפתופיזיולוגיה המולקולרית של תאי מיקרוגליה במגוון מחלות נפשיות ופיזיות.
בשנים האחרונות הוצע כי דלקת במוח תופסת תפקידים מרכזיים בפתופיזיולוגיה של הפרעות מוח ונוירופסיכיאטריות שונות; תאי המיקרוגליה הודגשו כתאים אימונומודולטוריים מרכזיים על ידי ניתוח מוח אנושי לאחר המוות וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) המבוססות על טכניקות הדמיה ביולוגית 1,2,3,4. ניתוחי הדמיה של המוח וה-PET לאחר המוות מגלים ממצאים משמעותיים; עם זאת, גישות אלה אינן יעילות במונחים של לכידת הפעילות המולקולרית הדינמית של תאי מיקרוגליה אנושיים במוח בשלמותם. לכן, נדרשות אסטרטגיות חדשניות כדי לאפשר הערכה מקיפה של תפקודי מיקרוגליאה אנושיים ותפקוד לקוי ברמה המולקולרית והתאית.
בשנת 2014, הנדסנו במקור טכניקה חדשנית לייצור תאים דמויי מיקרוגליה (iMG)המושרים ישירות 5,6, לפני הפרסום הראשון של תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי אדם (iPSC) שמקורם בתאי מיקרוגליה בשנת 20167. תוך שבועיים בלבד, המרנו בהצלחה מונוציטים אנושיים היקפיים בדם לתאי iMG על ידי מיטוב הציטוקינים, גורם מגרה מושבת גרנולוציטים-מקרופאגים (GM-CSF) ואינטרלוקין 34 (IL-34). כאשר פיתחנו טכניקה זו, שיטת התכנות מחדש החדשנית של השראת תאים עצביים מתאי iPS או פיברובלסטים רק החלה לשרור בעולם 8,9,10,11. עם זאת, באותו זמן, שיטה להשראת תאי מיקרוגליאה שמקורם ב- iPS עדיין לא דווחה, ויצירת מודל מיקרוגליאה אנושי שמקורו בתאים סומטיים היה רצוי. מאחר שציטוקינים כגון GM-CSF ו-IL-34, גורם מגרה מושבת מקרופאגים, דווחו כנחוצים להתפתחות ולתחזוקה של מיקרוגליה 12,13,14,15, שיערנו כי שילוב של ציטוקינים אלה יכול להיות מיושם ישירות כדי ליצור מודל תאי מיקרוגליאה ממונוציטים בדם. לבסוף, הצלחנו לפתח מודל של מיקרוגליה שמקורו במונוציטים על ידי שילוב GM-CSF ו- IL-345. בנוסף, חלק מהשילובים האלה של ציטוקינים משמשים גם כדי לגרום לתאי מיקרוגליה מתאי iPS 7,16 ומניחים שהם גורם חשוב ברכישת תכונות מיקרוגליה.
בניגוד לשיטות iPSC, תאי iMG אינם דורשים כל שינוי גנטי וניתן ליצור אותם בזמן קצר מאוד על ידי אינדוקציה כימית פשוטה, וכתוצאה מכך זמן נמוך יותר ועלויות כספיות. יתר על כן, תאי iMG אינם דורשים תכנות מחדש גנטי, ולכן אנו מאמינים כי תאי iMG הם תאים חלופיים חזקים להעריך לא רק את התכונות אלא גם את מצבי מיקרוגליה אנושיים. במאמר הראשוני על טכניקת iMG בשנת 2014, אישרנו כי תאי iMG מציגים פנוטיפ של מיקרוגליה אנושית, אשר יכול להיות שונה מונוציטים ומקרופאגים. לדוגמה, תאי iMG הציגו יחס ביטוי יתר של קולטן כימוקין CX3C 1 (CX3CR1) וקולטן כימוקין C-C מסוג 2 (CCR2) בהשוואה למונוציטים וסמנים אופייניים למיקרוגליה, כולל חלבון טרנסממברנה 119 (TMEM 119) וקולטן פורינרגי P2RY12 5,17. לאחרונה, אימתנו כי תאי iMG היקפיים שמקורם בדם דומים למיקרוגליה במוח בפרופיל ביטוי הגנים שלהם של סמנים מיקרוגליאליים ידועים באותו מטופל שעבר ניתוחי מוח18. תאי iMG ניתנים לניתוח עבור תפקודים דינמיים ברמה המולקולרית, כגון פגוציטוזה וייצור ציטוקינים, והם צפויים לפצות על החסרונות של חקר המוח לאחר המוות ומחקרי PET.
גילינו מנגנונים פתופיזיולוגיים דינמיים שלא היו ידועים בעבר המערבים מיקרוגליה בחולים שאובחנו עם מחלת Nasu-Hakola5, פיברומיאלגיה19, הפרעה דו קוטבית20,21, או מחלת Moyamoya22. יתר על כן, בהתבסס על המתודולוגיה המקורית שלנו, מעבדות שונות השתמשו בתאי iMG (מעבדות מסוימות ייעדו שמות חלופיים לתאים אלה) ככלי מחקר חיוני לתרגום לאחור 23,24,25,26,27. Sellgren et al. יצרו בהצלחה תאי iMG בהתאם להמלצות שלנו וערכו ניתוח microarray אשר גילה כי תאים אלה דומים מאוד מיקרוגליה המוח האנושי23. לאחרונה אישרנו את הדמיון בין תאי iMG אנושיים לבין תאי מיקרוגליה ראשוניים במוח באמצעות ריצוף RNA18.
מחקר זה נועד לתעד את המתודולוגיה ליצירת תאי iMG מדם היקפי אנושי כדי להקל על מחקר תרגום לאחור המתמקד במחלות נוירופסיכיאטריות. טכניקה זו מציגה פוטנציאל ככלי אנליטי סביר שיכול לייצר ללא מאמץ מודלים תאיים מיקרוגליאליים בזמן קצר, אפילו במעבדות לא מצוידות שאין בהן מנגנון העברת גנים או כוח אדם מיומן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת קיושו ועמד בכל הוראות הצהרת הלסינקי. הסכמה מדעת בכתב התקבלה מכל המשתתפים, כולל מתנדבים בריאים וחולים, לנתח את דמם ולפרסם את נתונם. החומרים והציוד מפורטים בטבלת החומרים, והרכבי הפתרונות מפורטים בטבלה 1.
1. הכנת מדיה ובופרים לניסויים
2. בידוד תאים חד-גרעיניים מדם שלם
3. בידוד מונוציטים באמצעות מיקרו-כדוריות CD11b
4. אינדוקציה של תאי iMG ממונוציטים
5. אימונוציטוכימיה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חשוב לציין, יש הטרוגניות רבה ברמת האדם וברמת התזמון בתווים של תאי iMG כולל מורפולוגיות וביטויי גנים. תאי iMG אצל אנשים מסוימים מקבלים מראה מסתעף (איור 1A), בעוד שבאחרים הם נשארים כדוריים (איור 1B). מאפייני iMG עשויים להיות שונים אפילו בתוך אדם יחיד, מה שהופך את תאי iMG ככלי מרכזי לזיהוי סמנים ביולוגיים של מצב המחלה. לעומת זאת, בחינת הבדלים בין-אישיים אלה מצדיקה צמצום טעויות טכניות. תאי iMG מוגדרים כמונוציטים המושרים עם GM-CSF ו- IL-34 למשך 14 יום לפחות. כדי למזע...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טכניקות אנליטיות המשתמשות בתאי iMG עשויות לשמש ככלי מחקר רבי עוצמה לתרגום לאחור 5,6. כדי לייצר כמויות מספיקות של תאי iMG אנושיים, הנסיינים צריכים לתכנן את מחקריהם תוך התחשבות בנושאים מסוימים. דגימות דם שמקורן בבני אדם הן רגישות ביותר; כתוצאה מכך, הדגימות המתקבלות מצדיקות עיבוד מהיר, וטיפול קפדני כדי למנוע זיהום. באופן ספציפי, יש להפריד דגימות דם מיד לאחר לקיחת הדם ולא להשאיר ללא השגחה לפרקי זמן ממושכים. ניסויים מתחילים בדרך כלל בתוך 3 שעות מאיסוף הדם כדי לאשר את ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה חלקית על ידי מענקי הסיוע הבאים למחקר מדעי: (1) האגודה היפנית לקידום המדע (KAKENHI; JP18H04042, JP19K21591, JP20H01773 JP22H00494 ל- TAK, JP22H03000 ל- M.O.); (2) הסוכנות היפנית למחקר ופיתוח רפואי (AMED; JP21wm0425010 ל- TAK, JP22dk0207065 ל- M.O.) ו-(3) הסוכנות היפנית למדע וטכנולוגיה CREST (JPMJCR22N5 ל-TAK). הגופים המממנים לא לקחו על עצמם כל תפקיד בעיצוב המחקר, באיסוף הנתונים ובניתוחם, בהחלטה על פרסומם או בהכנת כתבי היד. ברצוננו להודות ל-Editage (www.editage.jp) על העריכה בשפה האנגלית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.1% טריטון X-100 | סיגמא-אולדריץ' | 30-5140-5 | |
| 4% פרפורמלדהיד | נקלאי טסק | 09154-14 | |
| אנטיביוטיקה-אנטימיקוטית (100x) | gibco | 15240-062 | מתואר כ"תמיסה אנטיביוטית-אנטי-פטרייתית" |
| , תמיסת שטיפה autoMACS | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | מתואר כ"פתרון חיץ בסיסי" ומשמש ל"מאגר בידוד" |
| CD11b MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130– 049-601 | |
| תמיסת DAPI | DOJINDO | 28718-90-3 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Sasalt Salt | Nacalai Tesque | 14249-24 | מתואר כ-"PBS (−)" |
| סרום בקר עוברי | biowest | S1760-500 | |
| מגיב חוסם FCR אנושי | Miltenyi Biotec | 130– 059-901 | |
| Leucosep | Greiner Bio-One | 227290 | מתואר כ"צינור צנטריפוגה שיפוע צפיפות"עמודות |
| MACS LS | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | מתואר כ"עמודה מגנטית" |
| MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | מתואר כ"פתרון מלאי אלבומין בסרום בקר (BSA)"MACS |
| MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | מתואר כ"מעמד מגנטי" |
| פניצילין-סטרפטומיצין | נקלאי טסק | 26253– 84 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P10144 | מתואר כ"מדיה הרכבה" |
| רקומביננטי אנושי GM-CSF | R& D Systems | 215-GM | |
| רקומביננטי אנושי IL-34 | מו"פ D Systems | 5265-IL | |
| RPMI 1640 Medium + תוסף GlutaMAX (מדיום מוסף מראש) | Thermo Fisher Scientific | 61870036 | מתואר כ"מדיום אינדוקציה בסיסי" |
| RPMI-1640 | Nacalai Tesque | 30264-56 | |
| <נוגדנים חזקים> | |||
| נוגדנים נגד P2RY12 | Sigma-Aldrich | HPA014518 | נוגדן ראשוני, ארנב, 1:100 |
| נוגדן נגד TMEM119 | Sigma-Aldrich | HPA051870 | נוגדן ראשוני, ארנב, 1:100 |
| נוגדן משני נספג IgG (H+L) עז נגד ארנב, Alexa Fluor 568 | invitrogen | A-11011 | נוגדן משני, ארנב, 1:1000 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.