Laluan Ke Kemajuan Kajian Praklinikal Penyakit Neurodegeneratif Berkaitan Usia: Perspektif Terhadap Model Tikus Dan HiPSC yang Diperolehi Bahagian 4

Model in vitro PD yang diperoleh daripada hiPSC juga sangat bermaklumat dalam menjelaskan perkembangan patofisiologi yang dikaitkan dengan mutasi PD keluarga dalam model neuronal hiPSC DA yang diperolehi oleh pesakit.

PD adalah penyakit neurodegenerative yang biasanya mempunyai kesan tertentu terhadap ingatan dan keupayaan kognitif pesakit. Walau bagaimanapun, dengan kemajuan berterusan perubatan moden, kita boleh mengambil pelbagai kaedah untuk membantu pesakit mengekalkan ingatan yang baik.

Pertama, senaman yang kerap boleh meningkatkan keupayaan kognitif dan ingatan pesakit PD. Senaman boleh menggalakkan peredaran darah dan pemakanan otak sel-sel saraf di otak, yang membantu mengekalkan hubungan dan koordinasi antara pelbagai bahagian otak, dengan itu meningkatkan tahap kognitif keseluruhan.

Kedua, diet juga merupakan kunci untuk meningkatkan daya ingatan pesakit PD. Diet tinggi serat, rendah lemak dan rendah kolesterol adalah kunci untuk mengekalkan kesihatan otak. Diet ini boleh menggalakkan peredaran darah di otak dan menyediakan nutrien yang sihat, yang boleh melindungi neuron dan memperlahankan perkembangan PD.

Akhir sekali, sikap positif dan rehat yang betul juga merupakan kunci untuk meningkatkan daya ingatan pesakit PD. Walaupun PD akan membawa tamparan tertentu kepada badan dan minda, jika anda boleh mengekalkan sikap optimistik dan memberi diri anda rehat, anda boleh melegakan tekanan mental dan psikologi dan mengekalkan ingatan anda dengan lebih baik.

Pendek kata, walaupun PD akan memberi kesan kepada ingatan, ia tidak bermakna kita tidak boleh membuat perubahan. Melalui senaman, pemakanan dan pengurusan psikologi yang betul, pesakit PD boleh mengekalkan tahap keupayaan kognitif dan ingatan tertentu. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche boleh meningkatkan ingatan dengan ketara, kerana Cistanche adalah bahan perubatan tradisional Cina dengan banyak kesan unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan ingatan. Kesan Cistanche berasal dari pelbagai bahan aktif yang terkandung di dalamnya, termasuk asid tannic, polisakarida, glikosida flavonoid, dll. Bahan-bahan ini boleh menggalakkan kesihatan otak dalam pelbagai cara.

boost memory

Klik tahu 10 cara untuk meningkatkan ingatan

Sebagai contoh, neuron yang diperolehi hiPSC daripada pesakit dengan mutasi LRRK2 GS2019S mempamerkan fenotip selular berkaitan penyakit, termasuk peningkatan kerentanan kepada tekanan oksidatif170 dan pengurangan panjang dan bilangan neurit.171

Contoh lain termasuk neuron DA yang diperoleh daripada hiPSC yang diperoleh daripada pesakit yang mempunyai mutasiPARK2 yang menunjukkan disfungsi mitokondria dan morfologi tekanan oksidatif172 dan neuron yang diperolehi hiPSC dengan mutasi A53T dan triplikasi SNCA yang mempamerkan ciri ciri dan pengumpulan agregat a-syn.173

Selain itu, beberapa kajian memperbaiki fenotip penyakit ini dengan campur tangan yang bertujuan untuk membetulkan gen yang bermutasi, termasuk LRRK2, 174PINK1, 175 SNCA, 140, 176 dan GBA1.177 Model sedemikian menunjukkan kegunaan teknologi hiPSC dalam pengenalpastian dan pengesahan sasaran ubat baru dan memberikan bukti untuk pendekatan terapi gen.

Model terbitan hiPSC untuk NDD berbeza telah diperluaskan kepada pelbagai konfigurasi 2D dan 3D budaya bersama yang berbeza, meluaskan modulariti dan potensi penyelidikan asas dan aplikasi praklinikal.

improve memory

Konfigurasi Semasa Model NDD Terbitan hiPSC2D Model Sel Tunggal dan Kultur Bersama

Sebilangan besar kerja yang menggunakan budaya 2D yang terdiri daripada jenis sel tunggal terbitan hiPSC telah diterbitkan dalam dekad yang lalu. Model jenis sel tunggal ini telah bermaklumat dalam mendedahkan peranan populasi sel individu dalam NDD, seperti atrofi otot tulang belakang, 178, 179 AD, PD, dan sklerosis amyolateral (ALS) 180 (Rajah 1), dan seterusnya, telah membolehkan yang lebih besar. pemahaman tentang bagaimana gen yang berkaitan dengan penyakit bertindak pada tahap biologi untuk mempengaruhi gangguan selular.

Model selular hiPSC telah direkrut dalam penyelidikan AD untuk lebih memahami peranan polimorfisme genetik dan mutasi dalam populasi sel individu dan bagaimana ini boleh menyumbang atau memberi kesan kepada penyakit. Dalam model AD berasaskan hiPSC, Kondo et al.181

diperhatikan peningkatan pengumpulan Ab oligomer dikaitkan dengan peningkatan disfungsi retikulum endoplasma dan tekanan oksidatif dalam neuron dan astrosit yang diperolehi hiPSC yang diperoleh daripada pesakit sAD dan fAD yang mengandungi mutasi APP E693D. Model individu 2D yang diperolehi hiPSC juga telah menunjukkan nilai yang besar dalam mengkaji sumbangan genetik APOEε4, faktor risiko genetik AD yang paling besar dan paling boleh ditiru, dalam pelbagai model sel saraf.182

Lin dan rakan sekerja183 menggunakan budaya 2D untuk mendedahkan bahawa astrosit APOEε4 hiPSC yang isogenik mempamerkan perubahan besar-besaran dalam ekspresi gen yang berkaitan dengan pengumpulan kolesterol dan dalaman Ab42, yang kedua-duanya merupakan fungsi homeostatik kritikal astrosit, berbanding sel APOEε3 isogenik. Tambahan pula, astrosit ε4 isogenik menunjukkan keupayaan yang berkurangan untuk mengekspresikan dan merembeskan APOE, mengakibatkan lipidasi berkurangan.

Pertumbuhan neurit yang dipertingkatkan dalam kedua-dua panjang dan bilangan dalam neuron, sebagai tambahan kepada rembesan Ab yang dipertingkatkan, neuron APOEε4 insogenik juga didapati sebagai sumbangan patogen dalam model ini.183

Dalam menjana kultur astrosit yang diperolehi daripada individu neurotipikal isogenik untuk alel APOEε3 dan APOEε4, Zhao et al.161 mendapati bahawa astrosit APOEε4 menunjukkan status lipidasi APOE yang lebih rendah berbanding dengan kawalan APOEε3 yang sihat, seterusnya menyerlahkan pandangan yang diperoleh daripada model sedemikian.

Penggunaan kultur bersama 2D juga telah membolehkan kajian APOEε4 dalam konteks populasi sel individu dan interaksi sel-sel dan bagaimana ini boleh menyumbang kepada patogenesis AD.

short term memory how to improve

Melanjutkan eksperimen di atas, setelah membiak bersama astrosit APOEε4 yang diperoleh daripada hiPSC dengan neuron, integriti morfologi dan fungsi neuron telah terjejas dan menunjukkan perencatan kematangan berbanding dengan kawalan ε3 isogeniknya.161

Interaksi antara sel neuron dan glial yang berbeza memainkan peranan penting dalam pembangunan dan perkembangan AD dan PD, dengan itu memanfaatkan teknologi hiPSC untuk mewujudkan model in vitro yang meniru interaksi sel-sel, dan persekitaran mikro selular telah terbukti sangat bermaklumat.

Faedah model tunggal dan kultur bersama 2D juga telah direalisasikan dalam mengkaji sumbangan beberapa mutasi penyebab PD kepada fenotip selular berkaitan penyakit, seperti penurunan daya maju sel dan disfungsi mitokondria.

Ini pertama kali ditunjukkan dalam kajian oleh Nguyen et al., 170 yang menunjukkan bahawa model hiPSCneuronal yang diperolehi oleh pesakit PD dengan mutasi LRRK2 G2019S menunjukkan peningkatan paras syn, penyelarasan gen yang terlibat dalam tindak balas tekanan oksidatif, serta peningkatan kerentanan kepada H2O{{ 6}}tekanan oksidatif yang disebabkan dan kematian sel.

Begitu juga, Sánchez-Danés et al.171 menilai perubahan dalam autophagy dalam neuron DA yang diperoleh daripada pesakit PD hiPSC yang mengesampingkan mutasi LRRK2 G2019S dan memerhatikan disfungsi autofagik a-synand yang tinggi.

Pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana interaksi selular menyokong patofisiologi telah dicapai dengan sistem model kultur bersama yang berasal dari hiPSC. Sebagai contoh, astrocytes yang diperolehi hiPSC telah ditunjukkan untuk memberi manfaat perlindungan dalam sel progenitor saraf (NPC) kultur yang diperoleh daripada pesakit PD selepas terdedah kepada toksin mitokondria, rotenon dan potassiumcyanide, yang ditunjukkan oleh penyelamatan defisit pembezaan dan disfungsi mitokondria.184

Satu lagi kajian menggunakan kultur bersama neuron-astrocyte untuk menyiasat kesan mutasi LRRK2G2019S yang menyebabkan PD pada crosstalk neuron-astrocyte. Penulis melaporkan bahawa budaya bersama kawalan neuron DA yang diperolehi hiPSC dengan astrosit yang diperoleh pesakit yang membawa mutasi G2019S menyebabkan neurodegenerasi dan pengumpulan a-syn dalam neuron DA.185

Kajian ini memberi contoh kegunaan kultur bersama dalam pemeriksaan kombinasi berbeza dari varian gen/mutasi mengikut jenis sel untuk mendedahkan interaksi sel-sel dan jenis sel yang memberikan kesan patogenik varian yang berkaitan dengan penyakit.

Walau bagaimanapun, kultur bersama 2D membentuk persekitaran mikro untuk interaksi antara jenis sel otak yang berbeza dan masih terhad secara semula jadi dalam keupayaan mereka untuk memodelkan kerumitan otak sebagai tisu tiga dimensi dan oleh itu, mempunyai halangan yang wujud dalam perkaitan terjemahan.

Model Terbitan hiPSC 3D

Teknologi baru muncul telah membolehkan para penyelidik mula menjana dan menilai model NDD terbitan hiPSC 3D, termasuk kultur bersama dan organoid, yang kedua-duanya teguh dari segi biokimia dan fisiologi. Model Organoid. Model organoid otak manusia 3D bertujuan untuk menangkap organisasi spatial kompleks otak manusia sedekat mungkin dalam model in vitro.

Diperolehi daripada hiPSC, organoid otak ini adalah 3D tersusun sendiri dan bercorak sendiri. Sebagai tambahan kepada tandatangan epigenomik dan transkrip keseluruhannya,186,187sifat fisiologi model organoid 3D, seperti tindak balas neuron terhadap glutamat, isyarat Ca2+ naluri dan perkembangan fenotip pematangan selular, juga telah ditunjukkan untuk mencerminkan tisu otak manusia secara rapat. .188–190

Kajian terkini telah menjana dan mencirikan model yang diperolehi AD dan PD 3D hiPSC, yang telah ditunjukkan untuk mempamerkan ciri-ciri patologi dengan cara yang sangat boleh dihasilkan.

ways to improve memory

Sebagai contoh, Gonzalez et al.191 membangunkan model organoid ADbrain yang mempamerkan pengumpulan progresif peptida Ab dengan struktur seperti plak dan sifat amyloidogenik, serta rupa tau terfosforilasi dan NFT.

Linet al.183 mengembangkan penemuan ini melalui pengenalan isogenikAPOEε3- atau APOEε4-yang membawa sel-sel seperti mikroglia ke dalam organoid serebrum yang telah ditubuhkan sebelum ini yang ditanam daripada hiPSC yang mengandungi mutasi pendua APP berkaitan AD dan memerhatikan pembentukan proses yang sangat lama. dalam sel seperti mikroglia APOEε4 berbanding dengan kawalan APOEε3, mencadangkan keupayaan terhad dalam keupayaan deria dan responsif kepada Ab ekstraselular.

Terbaru, Zhao et al.192 menjana model organoid serebrum menggunakan hiPSC yang diperoleh daripada pesakit AD dan kawalan sihat yang membawa genotip APOE yang berbeza. Model organoid APOEε4 mempamerkan fenotip berkaitan penyakit berbanding dengan organoid APOEε3 yang diperolehi daripada penderma yang berbeza dan model organoid APOEε3 isogenik yang dicipta oleh pengeditan genom baris APOEε4.

Kesan buruk genotip APOEε4 dalam model organoid merekapitulasi ciri-ciri patologi keyAD, termasuk kehilangan integriti sinaptik, kematian sel apoptosis, pengumpulan tau Ab dan fosforilasi, dan tahap APOE larut yang tinggi, sekali gus menunjukkan kesesuaian sistem untuk pemodelan bukan fAD.

Tambahan pula, keputusan ini memberikan sokongan lanjut untuk peranan patogenik APOEε4 dalam AD dan potensinya sebagai sasaran boleh dadah untuk AD.192 Begitu juga, Smitset al.193 menjana model organoid DA otak tengah berfungsi yang diperolehi daripada tisu pesakit PD yang mengandungi mutasi LRRK GS2019.

Model organoid ini menghasilkan dan merembeskan DA dan berjaya mempamerkan patologi ciri yang berkaitan dalam organoid, seperti pengurangan kuantiti dan kerumitan neuron DA otak tengah193Walau bagaimanapun, pendekatan GT membetulkan mutasi LRRK tidak mencukupi untuk memperbaiki fenotip penyakit dalam model ini.

Bologninet al.194 juga menubuhkan model neuron DA 3D yang diperoleh daripada pesakit PD dengan mutasi LRRK2 G2019S, yang menunjukkan tanda-tanda disfungsi mitokondria dan morfologi yang diubah, penurunan pembezaan dan kerumitan percabangan DA, dan peningkatan kematian sel pramatang dalam neuron muda; beberapa gangguan ini telah diselamatkan oleh pentadbiran perencat LRRK2 2 (Inh2).

Walau bagaimanapun, adalah penting untuk mengambil perhatian pelbagai batasan yang telah dilaporkan dalam penggunaan model organoid 3D, terutamanya yang berkaitan dengan cara pertumbuhan sel dan pembezaan spontan dan tidak terkawal yang menyumbang kepada kebolehubahan antara eksperimen.

Pergantungan pemasangan sendiri spontan dalam model organoid boleh membawa kepada variasi model-ke-model, termasuk perkadaran sel heterogen, orientasi ruang, dan fenotip penyakit, menjadikan kebolehulangan sebagai kebimbangan yang menonjol dalam kultur 3Dco dan model organoid.195

Walau bagaimanapun, kemajuan terkini menunjukkan peningkatan dalam kebolehulangan dalam model organoid 3D,196 kebolehubahan dalam identiti sel terminal kekal,195 dan kemajuan berterusan dijangkakan.

Sistem Budaya Bersama. Kemajuan bioteknologi terkini telah membolehkan penjanaan perancah tiga dimensi yang sofistikated yang membolehkan sel yang diperolehi hiPSC berkembang dalam model berasaskan kultur bersama, yang memudahkan pendekatan yang lebih terkawal berbanding organoid yang dibincangkan di atas, terutamanya berkenaan dengan jenis sel, kematangan, komposisi dan pendedahan homogen sel.197

Model berasaskan kultur bersama sedia ada termasuk model motorneuron dan persimpangan neuromuskular yang diperoleh daripada pesakit ALS; 180 neuron DA daripada pesakit PD dengan mutasi yang diketahui (cth, LRRK2194); model tri-selular neuron, astrocytes, dan mikroglia memodelkan persekitaran AD neuroinflamasi;198 dan tisu otot rangka.199

Model-model ini menyediakan penyelidik dengan alat yang lebih baik untuk menyiasat peranan tisu spatial organisasi-sel-sel dan sambungan-matriks sel, yang memainkan peranan utama dalam patogenesis NDD. Kajian terbaru oleh Blanchard et al.200membina model kultur bersama 3D yang diperoleh daripada hiPSC bagi BBBterdiri daripada sel endothelial otak, astrosit dan pericytes untuk memodelkan patologi berkaitan vaskular AD dengan kesetiaan yang tinggi.

Model 3D ini mendedahkan peranan utama pericytes dalam sel yang diperolehi APOEε4-, yang mempamerkan pengumpulan BBB yang tinggi bagi peptida Ab dan amiloid fibril akibat peningkatan isyarat pericyte NFAT-calcineurin.

200 Park et al.198 juga membangunkan model tri-kulturAD hiPSC 3D yang terdiri daripada neuron, astrosit dan mikroglia dalam platform mikrobendalir, yang berjaya menyusun semula ciri AD ciri, termasuk pengumpulan tau terfosforilasi agregat Ab, serta ciri neuroinflamasi, seperti pengambilan mikroglial, pembebasan nitrik oksida, dan tekanan oksidatif seterusnya.

Walaupun sistem kultur bersama 3D bertujuan untuk mengatasi batasan yang disebutkan di atas yang diperhatikan dalam model organoid, mereka juga mengalami kemunduran. Model terbitan hiPSC semasa menjana rangkaian neuron yang tidak mempunyai ciri kritikal tisu otak yang ingin diwakili, termasuk kekurangan vaskularisasi dan peredaran nutrien yang diperlukan dan penyingkiran sisa metabolik, 201 dan kebolehubahan dalam menjana perkadaran perwakilan biologi sel neuron dan glial. populasi, ciri yang merupakan kekuatan yang boleh dipertikaikan dalam menggunakan kultur organoid 3D.

Selain itu, model kultur bersama 3D memerlukan perancah tiruan dan pembenihan sel yang berjujukan, manakala model organoid dibangunkan dengan lebih "secara semula jadi." Namun begitu, penggunaan kultur yang berasal dari hiPSC bukan sahaja membolehkan penyelidik menyiasat peranan aktif setiap jenis sel dalam penjanaan ciri penyakit AD dan PD tetapi juga interaksi sel yang diperoleh daripada genotip yang berbeza, yang menonjolkan kit alat revolusioner yang diwakili oleh hiPSC dalam kajian molekul NDDs.