Y Llwybr I Gynyddu Astudiaethau Rhag-glinigol o Glefydau Niwro-ddirywiol sy'n Gysylltiedig ag Oedran: Safbwynt Ar Fodelau sy'n Deillio o Gnofilod A HiPSC Rhan 4

Mae modelau PD in vitro sy'n deillio o hiPSC hefyd wedi bod yn addysgiadol iawn wrth egluro'r dilyniant pathoffisiolegol sy'n gysylltiedig â threigladau PD teuluol mewn modelau niwronaidd DA hiPSC sy'n deillio o gleifion.

Mae PD yn glefyd niwroddirywiol sydd fel arfer yn cael effaith benodol ar gof a gallu gwybyddol y claf. Fodd bynnag, gyda datblygiad parhaus meddygaeth fodern, gallwn gymryd gwahanol ddulliau i helpu cleifion i gynnal cof da.

Yn gyntaf, gall ymarfer corff rheolaidd wella gallu gwybyddol a chof cleifion PD. Gall ymarfer corff hyrwyddo cylchrediad gwaed a maeth ymennydd celloedd nerfol yn yr ymennydd, sy'n helpu i gynnal y cysylltiad a'r cydlyniad rhwng gwahanol rannau o'r ymennydd, a thrwy hynny wella'r lefel wybyddol gyffredinol.

Yn ail, diet hefyd yw'r allwedd i wella cof cleifion PD. Diet ffibr uchel, braster isel a cholesterol isel yw'r allwedd i gynnal iechyd yr ymennydd. Gall y diet hwn hyrwyddo cylchrediad gwaed yn yr ymennydd a darparu maetholion iach, a all amddiffyn niwronau ac arafu dilyniant PD.

Yn olaf, mae agwedd gadarnhaol a gorffwys priodol hefyd yn allweddol i wella cof cleifion PD. Er y bydd PD yn dod ag ergyd arbennig i'r corff a'r meddwl, os gallwch chi gynnal agwedd optimistaidd a rhoi rhywfaint o orffwys i chi'ch hun, gallwch chi leddfu straen meddyliol a seicolegol a chynnal eich cof yn well.

Yn fyr, er y bydd PD yn cael effaith ar y cof, nid yw'n golygu na allwn wneud newidiadau. Trwy ymarfer corff priodol, diet a rheolaeth seicolegol, gall cleifion PD gynnal lefel benodol o allu gwybyddol a chof. Gellir gweld bod angen i ni wella cof, a gall Cistanche wella cof yn sylweddol, oherwydd mae Cistanche yn ddeunydd meddyginiaethol Tsieineaidd traddodiadol gyda llawer o effeithiau unigryw, ac un ohonynt yw gwella cof. Daw effaith Cistanche o'r gwahanol gynhwysion gweithredol y mae'n eu cynnwys, gan gynnwys asid tannig, polysacaridau, glycosidau flavonoid, ac ati. Gall y cynhwysion hyn hybu iechyd yr ymennydd mewn gwahanol ffyrdd.

boost memory

Cliciwch gwybod 10 ffordd i wella cof

Er enghraifft, roedd niwronau sy'n deillio o hiPSC o glaf gyda threiglad LRRK2 GS2019S yn arddangos ffenoteipiau cellog sy'n gysylltiedig â chlefydau, gan gynnwys mwy o agored i straen ocsideiddiol170 a llai o hyd a nifer niwrit.171

Mae enghreifftiau eraill yn cynnwys niwronau DA sy'n deillio o hiPSC a gafwyd gan gleifion a oedd yn meddu ar dreiglad PARK2 a ddangosodd morffoleg straen ocsideiddiol camweithrediad mitocondriaidd172 a niwronau sy'n deillio o hiPSC gyda'r treiglad A53T a'r gorlifiad SNCA sy'n arddangos nodwedd amlwg a chroniad o agregau a-syn.173

At hynny, fe wnaeth nifer o astudiaethau liniaru'r ffenoteipiau clefyd hyn trwy ymyriadau gyda'r nod o gywiro'r genyn treigledig, gan gynnwys LRRK2,174PINK1,175 SNCA, 140,176 a GBA1.177 Mae modelau o'r fath yn dangos defnyddioldeb technoleg hiPSC wrth nodi a dilysu targedau cyffuriau newydd ac yn darparu prawf cysyniad. ar gyfer dulliau therapi genynnol.

Ers hynny mae modelau sy'n deillio o hiPSC ar gyfer gwahanol NDDs wedi'u hehangu i amrywiaeth o wahanol ffurfweddau 2D a 3D cyd-ddiwylliant, gan ehangu'r modiwlaredd a'r ymchwil sylfaenol posibl a chymwysiadau rhag-glinigol.

improve memory

Cyfluniadau Presennol o Fodelau NDD Deilliedig HiPSC2D Modelau Cell Sengl a Chyd-ddiwylliant

Mae cryn dipyn o waith yn defnyddio diwylliannau 2D sy'n cynnwys mathau unigol o gelloedd sy'n deillio o hiPSC wedi'i gyhoeddi o fewn y degawd diwethaf. Mae'r modelau math cell sengl hyn wedi bod yn addysgiadol wrth ddatgelu rôl poblogaethau celloedd unigol mewn NDDs, megis atroffi cyhyr y cefn, 178,179 OC, PD, a sglerosis amyolateral (ALS)180 (Ffigur 1), ac ar ben hynny, wedi galluogi mwy o dealltwriaeth o sut mae genynnau sy'n gysylltiedig â chlefydau yn gweithredu ar y lefel fiolegol i effeithio ar aflonyddwch cellog.

Mae modelau cellog HiPSC wedi'u recriwtio mewn ymchwil treulio anaerobig i ddeall yn well rôl amlffurfiau a threigladau genetig mewn poblogaethau celloedd unigol a sut y gall y rhain gyfrannu neu effeithio ar afiechyd. Mewn model AD sy'n seiliedig ar hiPSC, mae Kondo et al.181

gwelwyd cynnydd mewn croniad oligomer Ab yn gysylltiedig â mwy o gamweithrediad reticwlwm endoplasmig a straen ocsideiddiol mewn niwronau ac astrocytes sy'n deillio o hiPSC a gafwyd gan gleifion sADand fAD sy'n cynnwys y treiglad APP E693D. Mae modelau unigol 2D sy'n deillio o hiPSC hefyd wedi dangos gwerth mawr wrth astudio cyfraniadau genetig APOEε4, y ffactor risg genetig mwyaf a mwyaf atgynhyrchadwy o AD, mewn amrywiaeth o fodelau celloedd niwral.182

Defnyddiodd Lin a’i gydweithwyr183 ddiwylliannau 2D i ddatgelu bod astrocytes APOEε4 isogenig sy’n deillio o hiPSC4 yn arddangos newidiadau ar raddfa fawr mewn mynegiant genynnau sy’n ymwneud â chronni colesterol a mewnoli Ab42, sydd ill dau yn swyddogaethau homeostatig hanfodol astrocytes, o gymharu â chelloedd APOEε3 isogenig. At hynny, dangosodd astrocytes ε4 isogenig lai o allu i fynegi a secretu APOE, gan arwain at lai o lipidau.

Canfuwyd hefyd bod twf niwrit gwell yn hyd a nifer mewn niwronau, yn ogystal â secretion Ab uwch, niwronau APOEε4 anisogenig yn gyfraniad pathogenig yn y modelau hyn.183

Wrth gynhyrchu diwylliannau astrocytes a gafwyd gan unigolion niwro-nodweddiadol isogenig ar gyfer yr APOEε3 ac APOEε4alleles, canfu Zhao et al.161 fod astrocytes APOEε4 yn arddangos statws lipidiad isAPOE o gymharu â rheolyddion iach APOEε3, gan amlygu ymhellach y mewnwelediad a gafwyd o fodelau o'r fath.

Mae'r defnydd o gyd-ddiwylliannau 2D hefyd wedi galluogi astudiaeth o APOEε4 yng nghyd-destun poblogaethau celloedd unigol a rhyngweithiadau cell-gell a sut y gall y rhain gyfrannu at bathogenesis AD.

short term memory how to improve

Gan ymestyn ar yr arbrawf uchod, wrth gyd-ddiwyllio astrocytes APOEε4 sy'n deillio o hiPSC â niwronau, cafodd cywirdeb morffolegol a swyddogaethol niwronau ei beryglu a dangoswyd ataliad aeddfedu o'i gymharu â'u rheolyddion ε3 isogenig.161

Mae'r cydadwaith rhwng celloedd niwronaidd a glial gwahanol yn chwarae rhan hanfodol yn natblygiad a dilyniant AD a PD, gan ddefnyddio technoleg hiPSC i sefydlu modelau in vitro sy'n dynwared rhyngweithiadau cell-gell, ac mae'r micro-amgylchedd cellog wedi bod yn addysgiadol iawn.

Yn yr un modd, mae budd modelau unigol a chyd-ddiwylliant 2D wedi'u gwireddu wrth astudio cyfraniad sawl treiglad sy'n achosi PD i ffenoteipiau cellog sy'n gysylltiedig â chlefydau, megis llai o hyfywedd celloedd a chamweithrediad mitocondriaidd.

Dangoswyd hyn gyntaf mewn astudiaeth gan Nguyen et al.,170 a ddangosodd fod modelau hiPSCneuronal PD sy'n deillio o gleifion gyda threiglad LRRK2 G2019S yn dangos lefelau uwch-syn, upregulation genynnau sy'n ymwneud ag ymateb straen ocsideiddiol, yn ogystal â mwy o dueddiad i H2O{{ 6}} straen ocsideiddiol a marwolaeth celloedd.

Yn yr un modd, gwerthusodd Sánchez-Danés et al.171 newidiadau mewn awtoffagy mewn niwronau DA yn deillio o hiPSC claf PD yn slacio'r treiglad LRRK2 G2019S ac arsylwyd camweithrediad a-synand awtoffagic uchel.

Mae gwell dealltwriaeth o sut mae rhyngweithiadau cellog yn sail i bathoffisioleg wedi'i sicrhau gyda systemau model cyd-ddiwylliant sy'n deillio o hiPSC. Er enghraifft, dangoswyd bod astrocytes sy'n deillio o hiPSC yn cael budd amddiffynnol mewn celloedd epilydd niwral cyd-ddiwylliedig (NPCs) a gafwyd gan gleifion PD ar ôl dod i gysylltiad â'r tocsinau mitocondriaidd, rotenone a photasiwmcyanid, a ddangoswyd trwy achub diffygion gwahaniaethu a chamweithrediad mitochondrial.184

Defnyddiodd astudiaeth arall gyd-ddiwylliannau niwron-astrocyte i ymchwilio i effaith y mwtaniad LRRK2G2019S sy'n achosi PD ar crosstalk niwron-astrocyte. Adroddodd yr awduron fod cyd-ddiwylliant niwronau DA sy'n deillio o hiPSC rheoli ag astrocytes sy'n deillio o gleifion sy'n cario niwroddirywiad a achosir gan dreiglad G2019S a chroniad a-syn yn y niwronau DA.185

Roedd yr astudiaeth hon yn enghreifftio defnyddioldeb cyd-ddiwylliannau wrth archwilio gwahanol gyfuniadau o'r amrywiad genyn/treiglad trwy deipio celloedd i ddatgelu rhyngweithiad cell-gell a'r math(au) o gelloedd sy'n cael effaith pathogenig amrywiadau sy'n gysylltiedig â chlefyd.

Fodd bynnag, mae'r cyd-ddiwylliannau 2D yn ffurfio micro-amgylchedd ar gyfer rhyngweithio rhwng gwahanol fathau o gelloedd yr ymennydd ac maent yn dal yn gynhenid gyfyngedig yn eu gallu i fodelu cymhlethdod yr ymennydd fel meinwe tri dimensiwn ac o'r herwydd, yn meddu ar rwystrau cynhenid o ran perthnasedd cyfieithu.

Modelau 3D sy'n Deillio o HiPSC

Mae technolegau sy'n dod i'r amlwg wedi galluogi ymchwilwyr i ddechrau cynhyrchu ac asesu modelau 3D o NDDs sy'n deillio o hiPSC, gan gynnwys cyd-ddiwylliannau ac organoidau, sy'n Fodelau Organoid cadarn yn fiocemegol ac yn ffisiolegol. Mae modelau organoid ymennydd dynol 3D wedi'u hanelu at ddal trefniadaeth ofodol cymhleth yr ymennydd dynol mor agos â phosibl mewn model in vitro.

Wedi'u cael gan hiPSCs, mae'r organoidau ymennydd hyn yn hunan-drefnus ac yn hunan-batrwm 3D. Yn ogystal â'u llofnodion epigenomig a thrawsgrifiadol cyffredinol,186,187 dangoswyd bod priodweddau ffisiolegol modelau organoid 3D, megis ymatebolrwydd niwronaidd i glutamad, signalau Ca2+ greddfol, a datblygiad ffenoteipiau aeddfedu cellog, hefyd yn adlewyrchu meinwe ymennydd dynol yn agos. .188–190

Mae astudiaethau diweddar wedi cynhyrchu a nodweddu modelau AD a PD 3D sy'n deillio o hiPSC, y dangoswyd eu bod yn arddangos nodweddion patholegol mewn modd atgynhyrchadwy iawn.

ways to improve memory

Er enghraifft, datblygodd Gonzalez et al.191 fodel organoid ADbrain a ddangosodd groniad cynyddol o'r peptid Ab gyda strwythurau tebyg i plac a phriodweddau amyloidogenig, yn ogystal ag ymddangosiad tau ffosfforyleiddio a NFTs.

Ymhelaethodd Linet al.183 ar y canfyddiadau hyn trwy gyflwyno isogenicAPOEε3- neu APOEε{4-cario celloedd tebyg i ficroglia i mewn i organoidau ymenyddol a sefydlwyd yn flaenorol ac a dyfwyd o hiPSCs sy'n cynnwys treiglad dyblygu APP sy'n gysylltiedig ag AD ac arsylwi ffurfiad proses sylweddol hir yn y celloedd tebyg i microglia APOEε4 o'u cymharu â rheolyddion APOEε3, gan awgrymu gallu cyfyngedig mewn galluoedd synhwyraidd ac ymatebol i allgellog Ab.

Yn fwyaf diweddar, cynhyrchodd Zhao et al.192 fodelau organoid yr ymennydd gan ddefnyddio hiPSCs yn deillio o gleifion AD a rheolaethau iach sy'n cario genoteipiau APOE gwahanol. Roedd model organoid APOEε4 yn arddangos ffenoteipiau cysylltiedig â chlefydau o'i gymharu â'r organoid APOEε3 sy'n deillio o roddwr gwahanol a'r model organoid isogenig APOEε3 a grëwyd trwy olygu genom o'r llinell APOEε4.

Roedd effaith andwyol genoteip APOEε4 yn y model organoid yn ail-ddangos nodweddion patholegol keyAD, gan gynnwys colli cywirdeb synaptig, marwolaeth celloedd apoptotig, cronni tau Ab a ffosfforyleiddiad, a lefelau APOE hydawdd uwch, gan ddangos addasrwydd y system ar gyfer modelu nad yw'n FAD.

Ymhellach, mae'r canlyniadau hyn yn darparu cefnogaeth bellach ar gyfer rôl pathogenig theAPOEε4 yn AD a'i botensial fel targed cyffuriauadwy ar gyfer AD.192 Yn yr un modd, cynhyrchodd Smitset al.193 fodel organoid DA midbrain swyddogaethol ofPD sy'n deillio o feinwe claf PD sy'n cynnwys y treiglad LRRK GS2019.

Cynhyrchodd a chyfrinodd y model organoid hwn DA a llwyddodd i arddangos patholegau dilysnod cysylltiedig mewn organoidau, megis maint llai a chymhlethdod niwronau DA midbrain193Fodd bynnag, roedd dull GT o gywiro treiglad LRRK yn annigonol ar gyfer lleddfu ffenoteipiau afiechyd yn y model hwn.

Sefydlodd Bologninet al.194 hefyd fodel niwronaidd 3D DA yn deillio o PDpatient gyda'r treiglad LRRK2 G2019S, a oedd yn arddangos arwyddion camweithrediad mitochondrial a morffoleg wedi'i newid, gostyngodd gwahaniaethiad DA a chymhlethdod canghennog, a marwolaeth cynamserol uchel mewn niwronau ifanc o'i gymharu â llinellau rheoli isogenaidd; achubwyd rhai o'r aflonyddiadau hyn trwy weinyddu atalydd LRRK2 2 (Inh2).

Fodd bynnag, mae'n bwysig nodi'r cyfyngiadau amrywiol a adroddwyd yn y defnydd o fodelau organoid 3D, yn enwedig mewn perthynas â'r dull digymell ac afreolus o dyfiant celloedd a gwahaniaethu sy'n cyfrannu at amrywioldeb rhyngarbrofol.

Gall dibyniaeth hunan-gynulliad digymell mewn modelau organoid arwain at amrywiad model-i-fodel, gan gynnwys cyfrannau celloedd heterogenaidd, cyfeiriadedd gofodol, a ffenoteip afiechyd, gan wneud atgynhyrchu yn bryder amlwg mewn modelau 3Dco-diwylliant ac organoid.195

Fodd bynnag, mae datblygiadau diweddar yn dangos gwelliannau o ran atgenhedlu mewn modelau organoid 3D,196 mae amrywiaeth yn hunaniaeth celloedd terfynol yn parhau,195 a rhagwelir cynnydd parhaus.

Systemau Cyd-ddiwylliant. Mae datblygiadau biotechnolegol diweddar wedi galluogi cynhyrchu sgaffaldiau tri dimensiwn soffistigedig sy'n caniatáu i gelloedd sy'n deillio o hiPSC dyfu mewn modelau cyd-ddiwylliant, sy'n hwyluso dull mwy rheoledig o'i gymharu â'r organoidau a drafodwyd uchod, yn enwedig o ran celltype, aeddfedu, cyfansoddiad, a datguddiad homogenaidd o thecells.197

Mae modelau cyd-ddiwylliant presennol yn cynnwys modelau niwronau motor a'r gyffordd niwrogyhyrol sy'n deillio o gleifion ALS; 180 niwronau DA gan gleifion PD â threigladau hysbys (ee, LRRK2194); modelau tair-gellog o niwronau, astrocytes, a microglia yn modelu'r amgylchedd niwrolidiol AD;198 meinwe cyhyrau ac ysgerbydol.199

Mae'r modelau hyn yn darparu offer gwell i ymchwilwyr ymchwilio i rôl trefniadaeth meinwe gofodol-cysylltiadau cell-gell a chell-matrics, sy'n chwarae rhan bwysig mewn pathogenesis NDD. Adeiladodd astudiaeth ddiweddar gan Blanchard et al.200 fodel cyd-ddiwylliant 3D sy'n deillio o hiPSC o'r BBB sy'n cynnwys celloedd endothelaidd yr ymennydd, astrocytes, a phicytau i fodelu patholegau sy'n gysylltiedig â fasgwlar AD gyda ffyddlondeb uchel.

Datgelodd y model 3D hwn rôl allweddol pericytes mewn celloedd sy'n deillio o APOEε4-, a ddangosodd groniad uchel BBB o peptidau Ab a ffibril amyloid o ganlyniad i fwy o signalau pericyteneurin NFAT-calsinwrin.

Datblygodd 200 Park et al.198 hefyd fodel tri-cultureAD HiPSC 3D yn cynnwys niwronau, astrocytes, a microglia mewn llwyfan microhylifol, sy'n llwyddo i ailadrodd nodweddion AD nodweddiadol, gan gynnwys cronni tau ffosfforyleiddiad o agregau Ab, yn ogystal â nodweddion niwrolidiol, megis recriwtio microglial, rhyddhau ocsid nitrig, a straen ocsideiddiol dilynol.

Er bod systemau cyd-ddiwylliant 3D yn anelu at oresgyn y cyfyngiadau uchod a welwyd mewn modelau organoid, maent hefyd yn anfanteision cynhenid. Mae modelau cyfredol sy'n deillio o hiPSC yn cynhyrchu rhwydweithiau niwronaidd nad oes ganddynt nodweddion hanfodol o feinwe'r ymennydd y maent yn anelu at eu cynrychioli, gan gynnwys diffyg fasgwlareiddio a chylchrediad angenrheidiol o faetholion a chael gwared ar wastraff metabolig,201 ac amrywioldeb o ran cynhyrchu cyfrannau cynrychioliadol biolegol o gelloedd niwronaidd a glial. poblogaethau, nodweddion y gellir dadlau eu bod yn gryfderau wrth ddefnyddio organoidddiwylliannau 3D.

Yn ogystal, mae modelau cyd-ddiwylliant 3D yn gofyn am sgaffaldiau artiffisial a hadu celloedd yn ddilyniannol, tra bod modelau organoid wedi datblygu'n fwy "naturiol". Serch hynny, mae defnyddio cyd-ddiwylliannau sy'n deillio o hiPSC nid yn unig yn caniatáu i ymchwilwyr ymchwilio i rôl weithredol pob math o gell wrth gynhyrchu nodweddion clefyd AD a PD ond hefyd rhyngweithio celloedd sy'n deillio o wahanol genoteipiau, gan amlygu'r pecyn cymorth chwyldroadol y mae hiPSCs yn ei gynrychioli ynddo. astudiaeth themoleciwlaidd o anhwylderau niwroddatblygiadol.