Niniejszy protokół opisuje solidną, szybką, prostą i szeroko dostępną metodologię generowania prekursorów hdIN in vitro i jej zastosowanie jako wczesna interwencyjna terapia komórkowa w przedklinicznych modelach zaburzeń neurorozwojowych.
Mimo że niektóre z charakterystycznych fenotypów zaburzeń neurorozwojowych pojawiają się w okresie dojrzewania lub dorosłości, zmiany patofizjologiczne są już obecne we wczesnym okresie rozwoju. Z tego powodu wczesna interwencja byłaby wysoce uzasadniona w celu osiągnięcia korzystnych efektów poprzez działanie w krytycznych okresach rozwoju mózgu przed objawami lub objawami klinicznymi. W przyszłości genetyczne badania przesiewowe i opracowanie biomarkerów pozwolą na leczenie profilaktyczne lub przedobjawowe, co będzie przełomem dla tych pacjentów. Dlatego prekursory hdIN zostały przeszczepione wcześnie po urodzeniu w mysim modelu Cntnap2 KO, gdy epileptogenne zmiany w sieci neuronalnej mogą trwać28 i w momencie, w którym zmiany komórkowe zostały opisane w tym modelu zwierzęcym29. Ważne jest jednak, aby wziąć pod uwagę potencjalne pułapki związane z ekstrapolacją wieku i czasem zachodzących pewnych procesów w mózgu myszy w porównaniu z ludzkim mózgiem.
Skupiając się na samej procedurze, przedstawiony tutaj protokół różnicowania opiera się na wykorzystaniu czynników transkrypcyjnych, które pozwalają na szybkie i bardzo wydajne programowanie komórek macierzystych w porównaniu z innymi protokołami opartymi na małych cząsteczkach 10,30. Potencjalną wadą tego podejścia może być wymóg stosowania wektorów lentiwirusowych, co niesie ze sobą ryzyko mutagenezy insercyjnej. Dwa krytyczne kroki w protokole to dodanie antybiotyków i środka antymitotycznego do pożywki w celu selekcji komórek wyrażających czynniki transkrypcyjne i wyeliminowania komórek proliferacyjnych, unikając odpowiednio ryzyka powstania potworniaka. Chociaż w tym badaniu przetestowano tylko prekursory hdIN, oczekuje się, że procedura będzie wykonalna z innymi źródłami komórek i protokołami programowania/różnicowania. Niemniej jednak należy zweryfikować inne podtypy neuronów i/lub modele.
Wiek prekursora hdIN do przeszczepienia, 7 DIV, został określony na podstawie (i) braku komórek proliferacyjnych, ocenianych na podstawie immunoreaktywności przeciwko Ki67, (ii) wraz z wcześniej opisaną obserwacją spadku ekspresji genów pluripotencji, takich jak POU5F1 oraz pojawieniem się markera neuronalnego MAP2 i markera interneuronalnego GAD1 w tym punkcie czasowym8. Jednak oryginalna praca opisująca ten protokół wykonywała przeszczepy w 14 DIV po wycofaniu DOX9. Rodzi to pytania o to, czy DOX w wodzie pitnej matki może dotrzeć do komórek wszczepionych do mózgów karmiących młodych poprzez mleko, czy też 7 DIV indukcji DOX wystarczy, aby ustalić los GABA-ergii. Chociaż Yang i wsp. zidentyfikowali 14 dni DOX jako wystarczające do wytworzenia stabilnych komórek neuronalnych in vitro9, Gonzalez-Ramos i wsp.8 wykryli ekspresję genu GAD1 już w 7 DIV, co wskazuje, że dalsza aktywacja GAD67 przez Ascl1 i Dlx2 już nastąpiła w tym punkcie czasowym. W związku z tym tworzenie wzorców rozpoczęło się od 7 DIV i może być mniej zależne od leczenia DOX. Co więcej, dowody na gryzoniach i ludziach wskazują na obecność DOX w mleku matki31,32, a przedstawione tutaj wyniki pokazują, że przeszczepione hdIN były immunoreaktywne dla Ascl1 po 2 tygodniach i 2 miesiącach PT oraz markerów interneuronowych później po 9 miesiącach PT. W populacji przeszczepionej, oprócz neuronów PV i SST dodatnich, w mniejszych ilościach znaleziono również inne markery subpopulacji interneuronów, takie jak kalretynina (CR) i kalbindyna (CB).
Trudnym aspektem tej procedury jest koordynacja czasu zarówno różnicowania, jak i wieku młodych. Zwykle ciąża myszy trwa 21 dni po założeniu klatki godowej, choć czasami może się to różnić. Taki scenariusz nie występuje w przypadku wykonywania przeszczepów komórek u dorosłych gryzoni, kiedy wszystko można dokładnie zaplanować i zaaranżować. Niemniej jednak można to łatwo złagodzić, ustawiając dwie lub trzy klatki kojarzące w odstępie 2 dni lub dwie do trzech partii różnicujących z 2-dniowym odstępem czasu.
Chociaż myszy użyte w tym badaniu nie miały ani niedoboru odporności, ani immunosupresji, przeszczepione komórki przeżyły do 9 miesięcy in vivo, a markery reakcji immunologicznej przeciwko komórkom ksenogenicznym lub miejscowego stanu zapalnego nie obserwowano ani po P14, ani po 2 miesiącach PT. Odrzucenie immunologiczne przeszczepionych komórek ksenogenicznych jest wyzwalane przeciwko MHC / peptydom, a kluczowymi mediatorami komórkowymi odrzucenia przeszczepu są limfocyty T i komórki mikrogleju33, Lokal mieszkalny 34. W związku z tym zbadano immunoreaktywność na markery limfocytów T, a także reaktywny mikroglej. Nie wykryto żadnych oznak odrzucenia immunologicznego przeszczepionych komórek w tkance gospodarza ani na podstawie poziomów reaktywnego mikrogleju, ani na podstawie obecności limfocytów T u myszy WT po P14 lub 2 miesiącach. Ponadto nie zaobserwowano miejscowego stanu zapalnego na podstawie ocenianych poziomów astroglejozy i cytokin zapalnych. Wynik ten może być częściowo zależny od tolerancji immunologicznej noworodków 35,36,37, obserwowanej przez inne tożsamości komórek, lokalizacje i modele zwierzęce 35,38. Englund i wsp. zidentyfikowali regionalne różnice w wynikach przeszczepionych komórek pod względem migracji i dojrzewania, w tym obserwacji przeszczepionych komórek w sąsiedniej istocie białej35.
Wreszcie, zaobserwowano większe rozproszenie przeszczepionych komórek w hipokampie w porównaniu z innymi badaniami przeszczepiającymi dorosłym gryzoniom, w których hdIN pozostały jako przeszczepiony rdzeń25. Dyspersja ta różniła się również od wyników zaobserwowanych wcześniej przez Yanga i wsp.9, co w tym przypadku można wytłumaczyć wiekiem komórek w momencie przeszczepu.