$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Choroba Parkinsona (PD) jest powszechnym zaburzeniem neurodegeneracyjnym, spowodowanym degeneracją neuronów dopaminergicznych (DA) w istocie czarnej pars compacta (SNpc) w brzusznym śródmózgowiu (VM), z częstością występowania ponad 1% w populacji powyżej 60 roku życia1,2. W ciągu ostatniej dekady terapia komórkowa, mająca na celu zastąpienie zwyrodnieniowych lub uszkodzonych komórek lub odżywienie mikrośrodowiska wokół degenerujących się neuronów, wykazała potencjał w leczeniu PD3. W międzyczasie technologia przeprogramowania poczyniła znaczne postępy4, co stanowi obiecujące źródło komórkowe dla terapii zastępczej. Udowodniono, że ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) i embrionalne komórki macierzyste (ESC) są w stanie różnicować się w komórki nerwowe DA, które mogą przetrwać, dojrzewać i poprawiać funkcje motoryczne po wszczepieniu do modeli PD szczurów i naczelnych innych niż ludzie5,6,7,8. Komórki iPS stanowią kamień milowy w technologiach przeprogramowania komórkowego i mają ogromny potencjał w transplantacji komórek; Jednak nadal istnieje obawa o ryzyko powstania guza z nie w pełni zróżnicowanych komórek. Alternatywnym źródłem komórkowym do przeszczepu komórek są dorosłe komórki macierzyste zaangażowane w linię uzyskane poprzez bezpośrednie przeprogramowanie, takie jak indukowane nerwowe komórki macierzyste (iNSC), które mogą pochodzić z niestabilnych produktów pośrednich, z pominięciem etapu pluripotencji9,10,11.
Zarówno iPSC, jak i iNSC mogą być przeprogramowane z autologicznych źródeł komórkowych, takich jak fibroblasty, komórki jednojądrzaste krwi obwodowej (PBMNC) i różne inne typy komórek12,13,14, zmniejszając w ten sposób immunogenność przeszczepionych komórek w znacznym stopniu. Co więcej, w porównaniu z iPSC, iNSC są nieodłącznie związane ze zmniejszonym ryzykiem powstawania nowotworu i plastycznością zaangażowaną w linię, zdolnymi do różnicowania się tylko w neurony i glej11. We wstępnych badaniach ludzkie lub mysie iPSC i iNSC zostały wygenerowane z fibroblastów uzyskanych z biopsji skóry, co jest procedurą inwazyjną14,15. Pod tym względem, PBMNC są atrakcyjnym początkowym źródłem komórek ze względu na mniej inwazyjny proces próbkowania i łatwość uzyskania dużej liczby komórek w krótkim czasie ekspansji16. Początkowe badania nad przeprogramowaniem wykorzystywały integracyjne systemy dostarczania, takie jak wektory lentiwirusowe lub retrowirusowe, które są skuteczne i łatwe do wdrożenia w wielu typach komórek17; Jednak te systemy dostarczania mogą powodować mutacje i reaktywację resztkowych transgenów, co stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa dla klinicznych celów terapeutycznych12. Wirus Sendai (SeV) jest nieintegracyjnym wirusem RNA z jednoniciowym genomem o ujemnym znaczeniu, który nie integruje się z genomem gospodarza, a jedynie replikuje się w cytoplazmie zakażonych komórek, oferując wydajny i bezpieczny nośnik do przeprogramowania18,19. Dostępne są rekombinowane wektory SeV, które zawierają czynniki przeprogramowujące, w tym ludzkie OCT3/4, SOX2, KLF4 i c-MYC w swoich otwartych ramkach odczytu. Ponadto, wektory wirusowe SeV mogą być dalej ulepszane poprzez wprowadzanie mutacji wrażliwych na temperaturę, tak aby można je było szybko usunąć, gdy temperatura hodowli zostanie podniesiona do 39 °C20. W tym artykule opisujemy protokół do przeprogramowania PBMNC na iNSC za pomocą systemu SeV.
Wiele badań wykazało pochodzenie neuronów DA z ludzkich ESC lub iPSC przy użyciu różnych metod6,8,21. Brakuje jednak protokołów szczegółowo opisujących różnicowanie neuronów DA od iNSC. W tym protokole opiszemy efektywne generowanie neuronów DA z iNSC przy użyciu metody dwuetapowej. Prekursory neuronalne DA można przeszczepić do prążkowia mysich modeli PD w celu oceny bezpieczeństwa i skuteczności. W tym artykule zostanie przedstawiony szczegółowy protokół, który obejmuje różne etapy od wytworzenia indukowanych nerwowych komórek macierzystych przez wirusa Sendai, różnicowania iNSC w neurony DA, ustanowienia mysich modeli PD, aż do przeszczepienia prekursorów DA do prążkowia modeli PD. Korzystając z tego protokołu, można generować iNSC od pacjentów i zdrowych dawców oraz uzyskiwać neurony DA, które są bezpieczne, standaryzowalne, skalowalne i jednorodne do celów przeszczepu komórek lub do modelowania PD w naczyniu i badania mechanizmów leżących u podstaw początku i rozwoju choroby.