Rekonstrukcja bariery krew-mózg in vitro w celu modelowania i terapeutycznego ukierunkowania choroby neurologicznej

Camille Goldman; Natalie Suhy; Jessica E. Schwarz; Emily Ruth Sartori; Rikki B. Rooklin; Braxton R. Schuldt; Louise A. Mesentier-Louro; Joel W. Blanchard

doi:10.3791/65921

Artykuł metodologiczny

Rekonstrukcja bariery krew-mózg in vitro w celu modelowania i terapeutycznego ukierunkowania choroby neurologicznej

3.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65921

⸱

20 października 2023

Camille Goldman^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Natalie Suhy^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Jessica E. Schwarz¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Emily Ruth Sartori¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Rikki B. Rooklin¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Braxton R. Schuldt¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Louise A. Mesentier-Louro¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Joel W. Blanchard¹^,²^,³^,⁴^,⁵

¹Icahn School of Medicine at Mount Sinai, ²Black Family Stem Cell Institute at Mount Sinai, ³Ronald M. Loeb Center for Alzheimer’s Disease at Mount Sinai, ⁴Friedman Brain Institute at Mount Sinai, ⁵Nash Family Department of Neuroscience at Mount Sinai

^* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Bariera krew-mózg (BBB) odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu stabilnego i zdrowego środowiska mózgu. Dysfunkcja bariery krew-mózg jest związana z wieloma chorobami neurologicznymi. Opracowaliśmy trójwymiarowy model bariery krew-mózg pochodzący z komórek macierzystych, aby zbadać patologię naczyń mózgowych, integralność bariery krew-mózg oraz sposób, w jaki bariera krew-mózg jest zmieniona przez genetykę i chorobę.

Streszczenie

Bariera krew-mózg (BBB) jest kluczowym fizjologicznym składnikiem ośrodkowego układu nerwowego (OUN), przechowującym składniki odżywcze, usuwającym odpady i chroniącym mózg przed patogenami. Nieodłączne właściwości barierowe bariery krew-mózg stanowią wyzwanie dla dostarczania leków terapeutycznych do OUN w celu leczenia chorób neurologicznych. Upośledzona funkcja bariery krew-mózg jest związana z chorobą neurologiczną. Angiopatia amyloidowa mózgu (CAA), czyli odkładanie się amyloidu w układzie naczyniowym mózgu prowadzące do upośledzenia BBB, jest chorobą współistniejącą w większości przypadków choroby Alzheimera (AD), co sugeruje, że dysfunkcja lub rozpad BBB może być zaangażowany w neurodegenerację. Ze względu na ograniczony dostęp do tkanki ludzkiej bariery krew-mózg, mechanizmy, które przyczyniają się do prawidłowego funkcjonowania bariery krew-mózg i zwyrodnienia bariery krew-mózg, pozostają nieznane. Aby rozwiązać te problemy, opracowaliśmy ludzką pluripotencjalną barierę krew-mózg pochodzącą z komórek macierzystych (iBBB) poprzez włączenie komórek śródbłonka, perycytów i astrocytów do matrycy 3D. iBBB samoorganizuje się, aby podsumować anatomię i interakcje komórkowe obecne w BBB. Wysiewanie iBBB amyloidem wychwytuje kluczowe aspekty CAA. Ponadto iBBB oferuje elastyczną platformę do modulowania czynników genetycznych i środowiskowych związanych z chorobami naczyń mózgowych i neurodegeneracją, aby zbadać, w jaki sposób genetyka i styl życia wpływają na ryzyko choroby. Wreszcie, iBBB może być używany do badań przesiewowych leków i badań chemii medycznej w celu optymalizacji dostarczania terapeutycznego do OUN. W tym protokole opisujemy różnicowanie trzech typów komórek (komórek śródbłonka, perycytów i astrocytów) powstających z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, jak składać zróżnicowane komórki w iBBB oraz jak modelować CAA in vitro przy użyciu egzogennego amyloidu. Model ten pokonuje wyzwanie związane z badaniem żywej ludzkiej tkanki mózgowej za pomocą systemu, który charakteryzuje się zarówno biologiczną wiernością, jak i elastycznością eksperymentalną, a także umożliwia badanie ludzkiej bariery krew-mózg i jej roli w neurodegeneracji.

Wprowadzenie

Bariera krew-mózg (BBB) to kluczowa sieć mikronaczyniowa oddzielająca ośrodkowy układ nerwowy (OUN) od peryferii, aby utrzymać idealne środowisko dla prawidłowego funkcjonowania neuronów. Odgrywa kluczową rolę w regulowaniu napływu i odpływu substancji do OUN poprzez utrzymanie homeostazy metabolicznej¹^,²^,^3,⁴, oczyszczanie odpadów⁴^,5^,⁶, oraz ochrona mózgu przed patogenami i toksynami⁷^,⁸.

....