Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, Huntington hastalığı, amyotrofik lateral skleroz ve frontotemporal demans gibi nörodejeneratif hastalıklar, esas olarak altta yatan hastalık mekanizmalarının anlaşılmamasından kaynaklanan, bilinen bir tedavisi olmayan yıkıcı bozukluklardır. Bu hastalıkları araştırmak için model olarak çok sayıda mutant fare suşu üretilmiştir 1,2,3,4,5. Hastalık patolojisi ve mekanizmaları hakkında temel bilgiler elde edilmiş olsa da, hücre altı çözünürlükte araştırmalar ve ilaç taramaları gibi yüksek verimli analizler hayvan modellerinde mümkün değildir. Hücresel ve küçük hayvan model sistemleri bu boşluğu dolduruyor.
İnsan kaynaklı pluripotent kök hücre (hIPSC) kültürleri ve nöronal farklılaşma, insan geçmişindeki genetik değişikliklerin etkilerini incelemek için güçlü bir sistemdir. Yine de, farklı kültür koşulları, farklılaşma protokolleri ve kullanıcı tabanlı önyargılar çoğu zaman tekrarlanabilirlik sorunlarına yol açmaktadır. Dhingra ve ark. hiPSC kültürlerinin otomasyonunu ve otomatik görüntüleme ve analizle uyumlu nöronal farklılaşmaları sunar6. Bu sistem sadece insan IPS hücrelerinin nöronal soylara daha tekrarlanabilir kültürlenmesine ve farklılaşmasına yol açmakla kalmaz, aynı zamanda nörit uzunluklarının ölçülmesi, agrega oluşumu veya patojenik protein türlerinin alımı ve 2 aylık bir süre boyunca nörodejenerasyon dahil olmak üzere hücresel fenotiplerin otomatik canlı izlenmesini sağlar.
Kalsiyum homeostazındaki değişiklikler, başta Parkinson hastalığı olmak üzere çeşitli nörodejeneratif hastalıklarla ilişkilendirilmiştir7. Bancroft ve Srinivasan, kültürlenmiş dopaminerjik nöronlarda kalsiyum akışını ölçmek için bir protokol sunar8. Sunulan sistem, anormal kalsiyum sinyalinin dopaminerjik nöronların kaybını nasıl tetiklediğinin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir ve nöroprotektif bileşiklerin tanımlanması için yüksek verimli bir ilaç tarama platformu olarak kullanılabilir.
Sinaps kaybı, nörodejeneratif hastalıklar arasında ortak bir özelliktir9. Ancak altta yatan nedenler belirsizliğini koruyor. Sidiski ve Babcock, Drosophila melanogaster10'da dorsal longitudinal kas (DLM) dokusunun nöromüsküler kavşaklarında yaşa bağlı bir şekilde sinaptik bütünlüğü ölçmek için bir yöntem sunar. Daha da önemlisi, dokunun ani dondurulmasını içeren diseksiyon protokolleri, hem nöronal hem de kas dokusunu korur ve sineğin genetik manipülasyonunun kolaylığı nedeniyle, nörodejeneratif hastalık modellerinde sinaptik bütünlükteki değişikliklerin ve dejenerasyonunun incelenmesini sağlar.
Nörodejeneratif hastalıklar ve yaşlanma, proteostaz başarısızlıkları11 ile bağlantılıdır ve hem protein bozulması hem de sentezi söz konusudur. Papandreou ve ark. GFP'yi eksprese eden C. elegans modellerinde fotoağartma sonrası floresan geri kazanımını (FRAP) kullanarak de novo protein sentezini12 ölçmek için bir protokol sunar. Bu sistem, solucan sinir sisteminde yaygın olarak eksprese edilen veya belirli hücrelere veya dokulara hedef alınan, hastalığa bağlı herhangi bir proteinin GFP füzyonlarına genişletilebilir ve proteostatik disfonksiyonun üstesinden gelmek için yeni modülatörleri tanımlamak için genetik veya küçük molekül taramaları yapma yeteneğine ek olarak, radyoaktif olmayan ve invaziv olmayan yöntemlerin yokluğunda protein sentezinin in vivo çalışmasını sağlar.
Protein agregasyonuna ve nöron ölümüne karşı koruma, nörodejeneratif hastalıkları yavaşlatmak için aranan stratejilerdir. Palikaras ve ark. C. elegans'ta ısı şoku ön koşullandırması, alfa-sinüklein ile tetiklenen hücre ölümüne karşı nöroproteksiyonu ve PolyQ ile indüklenen agregalarda bir azalmayı nasıl teşvik ettiğini açıklar13.
Nörodejeneratif hastalıklar dünya çapında 50 milyondan fazla insanı etkiliyor ve bilinen bir tedavisi yok. Genetik düzenleme ve IPSC teknolojisindeki son gelişmelerle birlikte, hücresel ve küçük hayvan modelleri, altta yatan moleküler ve hücresel hastalık mekanizmalarını akut bir şekilde ele alma avantajına sahiptir, hızlı ve uygun maliyetli genetik manipülasyonlara olanak tanır ve yeni terapötik bileşiklerin kütüphaneleri için yüksek verimli bir tarama platformu olarak idealdir. Bu hastalık yöntemleri koleksiyonu, araştırmacıların bu modellerden bazılarını kullanmasını kolaylaştırır.