Y Llwybr I Gynyddu Astudiaethau Rhag-glinigol o Glefydau Niwroddirywiol sy'n Gysylltiedig ag Oedran: Safbwynt Ar Fodelau sy'n Deillio o Gnofilod A HiPSC Rhan 5

Manteision Systemau Cellog sy'n Deillio o HiPSC a Modelau Afiechydon

Llwyfannau Modelu Clefydau a Darganfod Cyffuriau Gwell

Mae'r potensial i fodelau in vitro sy'n seiliedig ar hiPSC fod yn addysgiadol iawn ar gyfer anhwylderau niwroddatblygiadol ag ymchwiliad i gydran genetig dynol yn uchel.

Mae'r berthynas rhwng geneteg ddynol a chof yn fater sy'n cael ei drafod yn helaeth, yn enwedig yn y gymdeithas fodern, lle rydym yn canolbwyntio ar ddatblygiad personol a dysgu. Er bod ein gwybodaeth enetig yn pennu ein nodweddion sylfaenol adeg geni, mae cof yn wahanol i nodweddion sefydlog fel ein taldra a lliw croen. Yn lle hynny, gellir ei drin a'i wella, ac mae'n chwarae rhan bwysig ym mywyd beunyddiol.

Yn gyntaf oll, mae ymchwil wyddonol yn dangos nad yw cof yn uniongyrchol gysylltiedig â genynnau genetig. Er bod rhai pobl yn cael eu geni'n gallach nag eraill, yn y tymor hir, gellir gwella'r cof yn raddol trwy ddysgu a thyfu. Yn ein proses ddysgu o ysgol elfennol i brifysgol, mae angen i ni ddefnyddio a gwella ein cof yn gyson i wella ein perfformiad academaidd. Er enghraifft, rydym yn cofio problemau ac atebion trwy adolygu ac ymarfer dro ar ôl tro, sy'n helpu i ymarfer ein gallu cof.

Yn ail, mae ffordd iach o fyw hefyd yn helpu ein cof yn fawr. Mae iechyd corfforol yn cael effaith fawr ar y cof, fel cwsg digonol, diet iach, ac ymarfer corff cymedrol. Rydyn ni'n dechrau gyda'n corff ein hunain ac yn aros yn iach trwy ymarfer corff a ffordd iach o fyw, a fydd yn gwneud ein cof yn gliriach ac yn fwy craff.

Yn olaf, gallwn hefyd ehangu ein gallu cof trwy ehangu ein gorwelion yn gyson a chymryd rhan mewn amrywiol bethau newydd. Er enghraifft, gallwn geisio dysgu iaith newydd a chymryd rhan mewn gweithgareddau cymdeithasol fel teithio, a gall y profiadau hyn greu mwy o atgofion yn ein meddyliau.

Yn fyr, mae'r berthynas rhwng geneteg ddynol a chof yn gymhleth ac yn amrywiol, ac wrth gwrs, bydd gwahaniaethau cyfatebol yn seiliedig ar wahaniaethau genetig personol. Ond ni ddylem anwybyddu'r hyn y gallwn ei wneud: gwella ein cof a'n gallu hunanreoli trwy ddysgu parhaus, byw'n iach, ac ehangu ein gorwelion yn gyson yw'r ffordd orau i ni oresgyn gwahaniaethau genetig. Gellir gweld bod angen i ni wella ein cof, a gall Cistanche wella cof yn sylweddol oherwydd bod Cistanche yn feddyginiaeth draddodiadol Tsieineaidd gyda llawer o effeithiau unigryw, ac un ohonynt yw gwella cof. Daw effeithiolrwydd Cistanche o'i wahanol gynhwysion gweithredol, gan gynnwys asid tannig, polysacaridau, glycosidau flavonoid, ac ati. Gall y cynhwysion hyn hybu iechyd yr ymennydd mewn sawl ffordd.

Cliciwch Gwybod i wella cof tymor byr

Mae'r gallu i gydberthynas genynnau ymgeisydd NDD â ffenoteipiau cellog, megis RNA a phroffiliau mynegiant protein, newidiadau morffolegol, a llofnodion biocemegol mewn celloedd sy'n deillio o hiPSC, yn hwyluso astudiaethau sy'n mynd i'r afael â sut mae cydrannau genetig dynol NDDs cymhleth, megis AD a PD, yn cael eu mynegi ar lefel cellog.

At hynny, mae hiPSCs yn caniatáu ymgorffori cymhlethdod genetig cefndiroedd genetig sylfaenol cleifion yn y model, sy'n aml yn cael ei negyddu (ee, modelau cemegol) neu wedi'i orsymleiddio (ee, modelau anifeiliaid amrywiad monogenetig).

Mae'n cael ei gydnabod yn dda bod cychwyniad, dilyniant a difrifoldeb niwroddirywiad yn cael eu pennu gan ffactorau genetig cymhleth a chydadwaith amrywogaethau genetig gydag effeithiau cymharol fach.

Mae'r dirwedd enetig gynhenid ​​hon a gasglwyd mewn modelau hiPSC sy'n deillio o gleifion yn ein galluogi i ymchwilio i benderfynyddion genetig a ffactorau biolegol, ynghyd â'r gallu i gynhyrchu modelau modiwlar, ffyddlondeb uchel mewn vitro NDD, i adeiladu ar ein dealltwriaeth bresennol o glefydbioleg. Mae technoleg hiPSC yn cynrychioli'r unig ddyn sydd ar gael - modelau sy'n seiliedig ar dirwedd genetig lawn y cleifion yn cael ei ddal.

Hefyd, roedd y posibilrwydd o gymhwyso technolegau golygu genom, megis CRISPR-Cas9, gan ddefnyddio hiPSCs yn galluogi cynhyrchu modelau isogenig ar gyfer gwerthuso amrywiadau genetig manwl gywir. Yn ogystal ag scalability, mae hiPSCs yn hunan-adnewyddadwy.

Felly, mae modelau sy'n deillio o hiPSC yn cyflwyno system addawol flaengar ar gyfer astudiaethau rhag-glinigol. Ar ben hynny, mae'r amrywiaeth genetig ddynol a ddelir mewn hiPSCcapacity sy'n deillio o gleifion yn eu gwneud yn addas ar gyfer gwerthuso dulliau "meddyginiaeth bersonol".

Mae'r gallu i sgrinio'n effeithiol adweithiau unigol i driniaethau ac i nodi'r rhai nad ydynt yn ymateb neu ymatebwyr gwael cyn eu rhoi mewn lleoliad clinigol yn pwysleisio ymhellach addasrwydd modelau sy'n deillio o hiPSC ar gyfer asesiadau rhag-glinigol (Ffigur 2).

Gyda'i gilydd, mae'r wybodaeth bosibl a gynhyrchir trwy astudiaethau rhag-glinigol mewn modelau hiPSC yn gadarn, yn bynciau dynol perthnasol, ac yn hanfodol i'w gweithredu wrth ddylunio treialon clinigol (ee, haenu pynciau'r astudiaeth) i wella cywirdeb canlyniadau.

Goresgyn Terfynau Modelau Anifeiliaid

Mae hiPSCs yn cynnig ffordd o oresgyn llawer o'r materion sy'n bresennol yn y modelau presennol sy'n seiliedig ar anifeiliaid, fel y trafodwyd yn flaenorol. Yn gyntaf, mae modelau sy'n deillio o iPS yn darparu llwyfan dynol ar gyfer gwerthuso therapiwteg bosibl yn nhirwedd genetig gwirioneddol y clefyd dynol.

Yn ail, trwy ddeillio celloedd o gleifion, mae llawer o faterion technegol ynghylch y ffordd orau o fodelu treigladau clefyd dynol yn cael eu goresgyn oherwydd bod y model yn cynnwys cefndir genetig unigryw'r claf. Yn drydydd, mae celloedd hiPSC yn hawdd eu cyrraedd i driniaeth enetig a ffarmacolegol, gan alluogi profion strwythurol a swyddogaethol trwybwn uchel sy'n asesu ffenoteip afiechyd.

I'r perwyl hwn, yn ddiweddar, rydym wedi datblygu model niwronaidd DA sy'n deillio o hiPSC a gafwyd gan glaf PD â threblu SNCA i asesu LV GT popeth-mewn-un gyda'r nod o leihau lefelau SNCA. Llwyddodd ein hymyriad LV i leihau lefelau SNCA ac achub ffenoteipiau cysylltiedig â chlefydau trwy gynhyrchu rhywogaethau ocsideiddiol adweithiol (ROS) a chadw hyfywedd cellog.140

Yn bedwerydd, o'i gymharu â'r model cnofilod safonol, gellir cyflawni'r genhedlaeth o fodelau sy'n seiliedig ar hiPSC in vitro mewn llinell amser sylweddol fyrrach, tua 30 diwrnod yn hytrach na modelau anifeiliaid a all amrywio'n eang o fisoedd i flynyddoedd.

Yn bumed, ac yn unol â’r pwynt blaenorol, mae modelau sy’n seiliedig ar hiPSC yn llawer llai costus ac yn cymryd llawer o ynni na modelau cnofilod, yn enwedig wrth ystyried rhwymedigaethau cadw tŷ anifeiliaid parhaus a seilwaith, rheoliadau, yn ogystal â gofynion hyfforddi a chydymffurfio. Mae modelu clefydau rhag-glinigol yn gynyddol economaidd yn cynyddu hygyrchedd i grwpiau ymchwil i asesu therapiwteg dybiedig, gwella cyfieithadwyedd ac yn y pen draw gwella effeithlonrwydd datblygu DMT.202

Gyda’i gilydd, mae’r manteision hyn yn rhoi mantais amlwg i fodelau sy’n deillio ohiPSC wrth astudio niwroddirywiad, ac mae gan fodelau o’r fath y potensial i gynhyrchu darganfyddiadau newydd a oedd yn anhygyrch mewn modelau meithrin celloedd a chlefydau anifeiliaid blaenorol.

Mae'r astudiaethau a adolygir yma yn dangos yr angen a gwerth ymgorffori modelau 2D a 3D sy'n seiliedig ar hiPSC mewn astudiaethau mecanistig NDD sy'n egluro ffactorau sy'n ymwneud ag achosi afiechyd a llwybrau pathogenig, yn ogystal ag mewn astudiaethau trosiadol a darganfod cyffuriau, megis adnabod a dilysu targedau therapiwteg. .

Gyda'i gilydd, mae modelau NDD sy'n deillio o hiPSC yn cynrychioli naid ymlaen mewn ymchwil feddygol trwy wella modelu clefydau sy'n sylweddol ymarferol, gydag arbrofion cymharol fyrrach sy'n gost-effeithiol ac efallai'n bwysicaf oll, yn gywir ac yn addas ar gyfer modelu clefydau dynol.

Ffigur 2. Sgematig Piblinell Ddatblygu Cyffuriau DMT Well ar gyfer anhwylderau niwroddatblygiadol trwy Gorffori cynyddol a/neu Amnewid Modelau sy'n Deillio o HiPSC Mae datblygu unrhyw DMT tybiedig yn dechrau gyda'r cyfnod darganfod, sy'n cwmpasu nodi targedau genynnau perthnasol a mecanweithiau afiechyd.

Mae modelau clefyd dilynol yn cael eu dyfeisio yn y cyfnod rhag-glinigol cynnar i archwilio pathoffisioleg clefyd cellog a dilysu targedau cyffuriau, yn ogystal â sgrinio cynnar ac optimeiddio CGT-IPs/DMTs cynnar. Mae datblygiad cynyddol DMTs, gan gynnwys datblygu model pellach a dilysu targedau, yn ogystal ag ymchwilio i effeithiau oddi ar y targed, yn digwydd yn ystod y cyfnod rhag-glinigol canol.

Wrth i DMT fynd rhagddo, ceir rhagor o wybodaeth am weithgarwch ffarmacocinetig a ffarmacodynamig yn y cyfnod rhag-glinigol hwyr. Mae'r defnydd cynyddol o fodelau sy'n deillio o hiPSC yn y cyfnodau hyn yn welliant deniadol i'r llif datblygu cyffuriau presennol am sawl rheswm; sef, maent yn gost-effeithiol, yn amlbwrpas, ac yn bwysicaf oll, maent yn goresgyn llawer o gyfyngiadau cynhenid ​​modelau anifeiliaid NDD presennol.

Ar y cam hwn, gellir cyflwyno ceisiadau IND ar gyfer DMTs tybiedig, sydd ar hyn o bryd yn cynnwys 4 amcan hanfodol y mae'n rhaid eu bodloni gydag unrhyw DMT sy'n dod i'r amlwg, yn enwedig CGT-IPs: (1) dewis targedau, (2) datblygu cyfansawdd arweiniol ac optimeiddio, (3) cychwynnol a regimen dosio cynyddol, a (4) sefydlu dichonoldeb a ROA.

Gellir mynd i'r afael â phob un o'r rhain yn gywir ac yn briodol trwy ddisodli modelau sy'n seiliedig ar hiPSC mewn astudiaethau rhag-glinigol. Yna gall DMTs dderbyn cymeradwyaeth FDA i gychwyn treialon clinigol.

Gellir cynnwys ymgorffori modelau sy'n seiliedig ar hiPSC mewn cam 1a ychwanegol, sy'n hwyluso gwell sgrinio ymgeiswyr yn y cyfnod recriwtio ac adnabod y rhai nad ydynt yn ymateb posibl neu ymatebwyr gwael yn seiliedig ar astudiaethau genetig cyn-glinigol.

Yna mae DMTs â diogelwch amlwg yng ngham 1a yn symud ymlaen trwy dreialon clinigol cam 1, 2, a 3, ac ar ôl hynny, mae'r rhai ag effaith gadarnhaol sylweddol yn derbyn cymeradwyaeth reoleiddiol Cais Cyffuriau Newydd (NDA) ac yn cael eu rhyddhau i'w defnyddio gan ddefnyddwyr gyda gwyliadwriaeth fferyllol parhaus i nodi unrhyw rai nas nodwyd yn flaenorol. canlyniadau andwyol dros amser.

Cyfyngiadau Modelau Amser ac Atgynhyrchu sy'n Deillio o HiPSC

Daeth technolegau diwyllio HiPSCs i'r amlwg dros y degawd diwethaf, ac mae eu defnyddioldeb ar gyfer modelu clefydau ac asesu rhag-glinigol o DMTs tybiannol yn gymharol newydd.

Fel gydag unrhyw dechnoleg sy'n dod i'r amlwg, mae angen ystyried sawl cyfyngiad wrth geisio ail-greu nodweddion biolegol NDDs yn gywir. Yn gyntaf ac yn bennaf, gall tyfu hiPSCs a chynhyrchu modelau celloedd cywir a dibynadwy fod yn ddrud, yn llafurddwys ac yn cymryd llawer o amser. Ar gyfartaledd, mae'n costio $10,{3}} i USD 25,000 i ddilysu llinellau hiPSC ar safon addas ar gyfer ymchwil feddygol.203

Mae prosesau ailraglennu, gwahaniaethu ac aeddfedu yn hirfaith. Gall ailraglennu celloedd meinwe gychwynnol yn hiPSCs gymryd o leiaf 20 i 30 diwrnod,151 ac mae gwahaniaethu ac aeddfedu cellog dilynol yn amrywio yn dibynnu ar y math cellog a'r dull a ddefnyddir; er enghraifft, mae cynhyrchu niwronau aeddfed, astrocytes, a microgliacan angen unrhyw le rhwng 6 a 15 wythnos,204 4 i 9 wythnos,205,206 neu 5 i 9 wythnos,164,207 yn y drefn honno.

O ganlyniad, mae'n well gan ymchwilwyr yn aml ddefnyddio celloedd epil fel canolradd sefydlog ar gyfer arbrofi, gan eu bod yn cynrychioli'r math cell targed yn fras a gellir eu cynhyrchu mewn ffrâm amser gyflymach.204 Felly, efallai y bydd cyfyngiadau amser a chostau ar gyfer sefydlu'r system model hiPSC yn peri pryder i lawer o grwpiau ymchwil.

Yn ogystal, mae'r amser sydd ei angen ar gyfer datblygu ffenoteipiau cellog allweddol sy'n gysylltiedig â chlefydau mewn celloedd sy'n deillio o hiPSC hefyd yn ystyriaeth wrth fodelu NDDs. Er ei bod yn cymryd degawdau o fywyd claf i gyflwyno symptomau clinigol a phatholegol, canfuwyd ffenoteipiau moleciwlaidd sy'n gysylltiedig â chlefydau mewn modelau sy'n deillio o hiPSC tua 2 fis ar ôl aeddfedu.208

Serch hynny, mae'r cyfyngiadau'n deillio o hyd oes gyfyngedig inculture modelau sy'n seiliedig ar hiPSC nad yw efallai'n ddigonol ar gyfer datblygu darlun cyflawn sy'n debyg i'r afiechyd ar lefelau cellog a meinwe.

Mae strategaethau sydd â'r nod o gyflymu'r broses wahaniaethu ac aeddfedu, megis ymgorffori atalyddion Notch a g-secretase i fyrhau amser aeddfedu,209 a niwrogenin-2 (Ngn2) neu orfynegiant NeuroD1158 wedi bod yn rhannol lwyddiannus ac wedi cyflwyno pryderon eraill a godwyd o fynegiant ectopig.

Mae cyfyngiadau eraill yn ymwneud ag atgynhyrchu'r systemau mewn arbrofion ailadroddus a'r amrywioldeb model-i-fodel cynhenid, gan gynnwys rhwystrau ynghylch purdeb y diwylliannau sy'n deillio o hiPSC a phresenoldeb poblogaethau cellog heterogenaidd annymunol.210

Felly, mae'n bwysig rhoi cyfrif am heterogenedd mewn poblogaethau celloedd wrth ddefnyddio modelau clefyd sy'n deillio o hiPSC, yn enwedig sgrinio inDMT ac asesu effeithiolrwydd. Ar ben hynny, adroddwyd bod diwylliannau hiPSC yn arddangos ansefydlogrwydd genomig a'u bod yn dueddol o gael aberiadau a threigladau genetig yn ystod ehangu ac ailraglennu cellog.211

Mae angen bod yn ofalus hefyd wrth ddefnyddio llinellau isogenig a gynhyrchir gan dechnegau golygu genomau amrywiol, oherwydd gall effeithiau posibl oddi ar y targed ddigwydd (ee, amrywioldeb clonal anfwriadol ar draws llinellau isogenig a mwtagenesis oddi ar y targed).212,213 Felly, mae'n bwysig gwerthuso o bryd i'w gilydd sefydlogrwydd genomig hiPSCs i sicrhau sgrinio DMT trwyadl.

Heriau wrth Ailadrodd Pathoffisioleg NDD Ysbeidiol a Ffenoteipiau Cellog

Mae cymhlethdod NDDs a diffyg nodweddu cynhwysfawr a dealltwriaeth fecanistig o'u ffenoteipiau cellog yn peri heriau yn y gallu i'w hailadrodd gyda modelau cellog, gan gynnwys systemau sy'n seiliedig ar hiPSC.

Mae achosion anhwylderau niwroddatblygiadol yn gymhleth ac yn aml-ffactor, gan gynnwys ffactorau risg polygenig (hy, lluosgenau ac amrywiadau), marciau epigeneteg, heneiddio, rhyw, a ffactorau amgylcheddol, megis sbardunau straen ocsideiddiol, y mae rhai ohonynt yn anodd eu cymell, yn benodol mewn rhestr ddiddiwedd o amrywiol cyfuniadau, mewn system labordy.

At hynny, mae mwyafrif y modelau AD-PD sy'n deillio o hiPSC yn deillio o gleifion â threigladau teuluol sy'n cynrychioli cyfran fach iawn o achosion cyffredinol.214,215 Gan y gallai'r mecanweithiau sy'n sail i'r ffurfiau teuluol yn erbyn y ffurfiau achlysurol fod yn amlwg, mae angen sefydlu modelau sy'n deillio o HiPSCs a ffibroblastau a gafwyd gan gleifion sAD neu PD achlysurol.

Tuag at y nod hwn, mae mentrau ystorfeydd celloedd cleifion wedi dod i'r amlwg yn ystod y blynyddoedd diwethaf; mae'r rhain yn cynnwys StemCell Cymhwysol (ASC), Sefydliad Meddygaeth Atgynhyrchiol California (CiRA), Craidd Bôn-gelloedd Plwripotent wedi'u Cymell gan Cedars Sinai, Banc Ewropeaidd ar gyfer Bôn-gelloedd Lluosog Cymwysedig (EBiSC), Banc Bôn-gelloedd Cenedlaethol Corea (KSCB), NationalInstitution of Ageing (NIA) , Y Sefydliad Cenedlaethol ar gyfer Anhwylderau Niwrolegol a Strôc (NINDS), Sefydliad Cenedlaethol y Gwyddorau Meddygol Cyffredinol (NIGMS), a Sefydliad Ymchwil WiCell (WiCell) (Tabl S2).

Bydd twf disgwyliedig y casgliadau hyn yn hwyluso sefydlu modelau sy'n deillio o hiPSC sy'n fwy addas ar gyfer ymchwil i'r PD saD ac ysbeidiol cyffredin.

Serch hynny, mae modelau hiPSC sy'n deillio o gleifion NDD achlysurol yn cynhyrchu ffenoteipiau cellog priodol sy'n nodweddiadol o AD181 a PD216 ar driniaethau amgylcheddol, megis datguddiadau i niwrotocsinau ac anwythiad cemegol o straen ocsideiddiol.

Hefyd, datgelodd astudiaeth ddiweddar newidiadau mewn mynegiant protein mitocondriaidd a straen ocsideiddiol uwch mewn hiPSCs a gynhyrchir gan gleifion sAD, er gwaethaf diffyg amlwg patholeg Ab a Tau,217 sy'n awgrymu y gallai modelau ythiPSC ddatgelu mewnwelediad gwerthfawr i'r pathoffisioleg gynnil sy'n benodol i isdeipiau NDD achlysurol.

At hynny, roedd astudiaeth ddiweddar gan Meyer et al.218 yn defnyddio hiPSCs sy'n deillio o gleifion sAD a chanfuwyd bod MAPT, gan amgodio'r protein tau, wedi cynyddu'n sylweddol mewn celloedd sy'n deillio o sAD o gymharu â rheolaethau iach.

Felly, er gwaethaf yr heriau hyn, mae modelau cyfredol sy'n deillio o hiPSC yn gymariaethau rhagorol sy'n rhoi'r cyfle i ddynwared pathoffisioleg afiechyd a sefydlu nodweddion afiechyd o safon aur gyda'r seiliau llawngenetig mewn cleifion achlysurol, y gellir eu harneisio mesurau canlyniad i wella modelau afiechyd dilynol.

For more information:1950477648nn@gmail.com