$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Designerreceptoren die uitsluitend worden geactiveerd door designerdrugs (DREADD) zijn gemanipuleerde G-proteïne-gekoppelde receptoren die selectief kunnen worden geactiveerd door anders inerte synthetische liganden1. De chemogenetische benadering is een essentieel hulpmiddel geworden in de neurowetenschappen door onderzoekers in staat te stellen de connectiviteit van neurale circuits met hoge precisie te onderzoeken en ons begrip van cellulaire functies zowel in vivo als in vitro te vergroten door de selectieve activering of remming van specifieke hersengebieden of celtypen 2,3.
Stamceltherapie biedt een veelbelovende strategie voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. De werkzaamheid van transplantaatcellen is afhankelijk van een goede integratie, overleving en functionele bijdrage aan gastheerweefsels. Ongecontroleerde cellulaire activiteit kan leiden tot negatieve gevolgen, waaronder tumorigenese4; Dit vereist een nauwkeurige controle van deze cellen na transplantatie. Door gebruik te maken van DREADD-technologie in menselijke geherprogrammeerde stamcellen en afgeleide neuronen kan de neuronale activiteit nauwkeurig worden gecontroleerd via de toediening van het designermedicijn CNO 2,5. In de context van de ziekte van Parkinson (PD), die wordt gekenmerkt door het verlies van dopaminerge neuronen, is het manipuleren van de activiteit van van stamcellen afgeleide dopaminerge neuronen cruciaal voor het onderzoeken van hun synaptische inputs en projectiepatronen in knaagdiermodellen 6,7,8,9,10. Door exciterende hM3Dq en remmende hM4Di-receptoren in deze modellen op te nemen, wordt een nauwkeurige modulatie van de neuronale activiteit mogelijk11,12.
De combinatie van gedragsbeoordelingen bij dieren en elektrofysiologische opnames maakt een uitgebreide evaluatie mogelijk van de effecten van chemogenetische modulatie op getransplanteerde cellen in vivo13. Gedragsbeoordelingen, waaronder door apomorfine geïnduceerde rotatie, de cilindertest en de rotarod-test, evalueren de motorische coördinatie en geven inzicht in veranderingen in de motorische functie die verband houden met experimentele modellen van PD14. Elektrofysiologische technieken, zoals patch-clamp-opnames, maken real-time monitoring van synaptische responsen en actiepotentialen mogelijk, waardoor een uitgebreid beeld wordt verkregen van hoe getransplanteerde cellen integreren in bestaande neurale netwerken15. Door gedragsbeoordelingen te combineren met elektrofysiologische evaluaties, kunnen we onderzoeken hoe chemogenetische modulatie de integratie en functionaliteit van deze cellen in neurale circuits van de gastheer beïnvloedt16. Voorlopige bevindingen suggereren dat CNO-toediening de neuronale activiteit in getransplanteerde cellen effectief moduleert, wat resulteert in verbeterde functionele resultaten in diermodellen.
In dit protocol werden menselijke geherprogrammeerde stamcellen gemanipuleerd om hM3Dq- of hM4Di-receptoren tot expressie te brengen met behulp van geclusterde, regelmatig tussenliggende korte palindromische herhalingen (CRISPR) -technologie. Na het differentiëren van gemodificeerde geherprogrammeerde stamcellen in dopaminerge voorlopercellen in de middenhersenen, werden deze cellen getransplanteerd in muismodellen van PD om hun integratie en functionele regulatie binnen de neurale circuits van de gastheer te beoordelen met behulp van gedragsbeoordelingen en elektrofysiologische opnames.