$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tasarımcı ilaçlar (DREADD) tarafından özel olarak aktive edilen tasarımcı reseptörleri, aksi takdirde inert sentetik ligandlar1 tarafından seçici olarak aktive edilebilen tasarlanmış G-proteinine bağlı reseptörlerdir. Kemogenetik yaklaşım, araştırmacıların nöral devre bağlantısını yüksek hassasiyetle araştırmalarını sağlayarak ve belirli beyin bölgelerinin veya hücre tiplerinin seçici aktivasyonu veya inhibisyonu yoluyla hem in vivo hem de in vitro hücresel işlevler hakkındaki anlayışımızı geliştirerek sinirbilimde önemli bir araç haline gelmiştir 2,3.
Kök hücre bazlı tedavi, nörodejeneratif hastalıkların tedavisi için umut verici bir strateji sunar. Greft hücrelerinin etkinliği, konak dokulara uygun entegrasyon, sağkalım ve fonksiyonel katkıya dayanır. Kontrolsüz hücresel aktivite, tümöroluşumu 4 dahil olmak üzere olumsuz sonuçlara yol açabilir; transplantasyon sonrası bu hücrelerin hassas kontrolünü gerektirir. İnsan tarafından yeniden programlanmış kök hücrelerde ve türetilmiş nöronlarda DREADD teknolojisinden yararlanmak, tasarımcı ilaç CNO 2,5'in uygulanması yoluyla nöronal aktiviteyi hassas bir şekilde kontrol etmek için bir araç sağlar. Dopaminerjik nöronların kaybı ile karakterize olan Parkinson hastalığı (PD) bağlamında, kök hücre kaynaklı dopaminerjik nöronların aktivitesini manipüle etmek, kemirgen modellerindesinaptik girdilerini ve projeksiyon modellerini araştırmak için çok önemlidir 6,7,8,9,10. Uyarıcı hM3Dq ve inhibitör hM4Di reseptörlerinin bu modellere dahil edilmesi, nöronal aktivitenin hassas modülasyonunu sağlar 11,12.
Hayvan davranışsal değerlendirmelerinin ve elektrofizyolojik kayıtların kombinasyonu, kemogenetik modülasyonun nakledilen hücreler üzerindeki etkilerinin in vivo13 kapsamlı bir değerlendirmesine olanak tanır. Apomorfin kaynaklı rotasyon, silindir testi ve rotarod testi dahil olmak üzere davranışsal değerlendirmeler, motor koordinasyonu değerlendirir ve PD14'ün deneysel modelleriyle ilişkili motor fonksiyondaki değişiklikler hakkında bilgi sağlar. Yama-kelepçe kayıtları gibi elektrofizyolojik teknikler, sinaptik tepkilerin ve aksiyon potansiyellerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlayarak, nakledilen hücrelerin mevcut sinir ağlarına nasıl entegre olduğuna dair kapsamlı bir görünüm sağlar15. Davranışsal değerlendirmeleri elektrofizyolojik değerlendirmelerle birleştirerek, kemogenetik modülasyonun bu hücrelerin konak nöral devreleri içindeki entegrasyonunu ve işlevselliğini nasıl etkilediğini araştırabiliriz16. Ön bulgular, CNO uygulamasının nakledilen hücrelerde nöronal aktiviteyi etkili bir şekilde modüle ettiğini ve bunun da hayvan modellerinde daha iyi fonksiyonel sonuçlara yol açtığını göstermektedir.
Bu protokolde, insan tarafından yeniden programlanan kök hücreler, kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR) teknolojisi kullanılarak hM3Dq veya hM4Di reseptörlerini eksprese etmek üzere tasarlandı. Modifiye edilmiş yeniden programlanmış kök hücreleri orta beyin dopaminerjik öncü hücrelerine farklılaştırdıktan sonra, bu hücreler, davranışsal değerlendirmeler ve elektrofizyolojik kayıtlar kullanılarak konakçı sinir devreleri içindeki entegrasyonlarını ve fonksiyonel düzenlemelerini değerlendirmek için PD'nin fare modellerine nakledildi.