Стволовые клетки и нейродегенеративные заболевания (7)
Трехмерные (3D) исследования с использованием стволовых клеток: применение при нейродегенерации и нейродегенеративных заболеваниях
Продолжение. Начало статьи здесь.
Проводимые in vitro исследования на стволовых клетках являются самой лучшей из возможных альтернатив животным моделям, так как подразумевают использование клеток человеческого происхождения и получаемые данные можно без труда экстраполировать на человека. Однако двухмерные исследования in vitro имеют множество ограничений. Двухмерная культура представляет собой гомогенную популяцию клеток, не отражающую сложные межклеточные взаимодействия. Такие культуры не воспроизводят сложное микроокружение и физиологические параметры органов. Эти ограничения исследований с использованием двухмерных культур позволили преодолеть трехмерные культуры, нашедшие широкое применение в области нейробиологии. Такие культуры позволили добиться больших достижений в воспроизведении процесса развития головного мозга; также в литературе описано успешное получение трехмерных органоидов головного мозга.
Болезнь Альцгеймера очень активно моделировалась с использованием стволовых клеток и двухмерных культур нейронов, полученных из иПСК, однако серьезным ограничением этого подхода является диффузия агрегатов бета-амилоида, постепенно вымывающихся их среды при последовательных сменах среды культивирования. Поэтому было высказано предположение, что трехмерные стволоклеточные модели болезни Альцгеймера обеспечат моделирование более компактного и полноценного микроокружения головного мозга, локальная ниша которого обеспечит возможность накопления достаточного количества агрегатов бета-амилоида. Недавно эта теория получила подтверждение в экспериментах, при проведении которых для моделирования семейной болезни Альцгеймера клетки ReN культивировали в трехмерных матригелевых системах. Клетки демонстрировали повышенные уровни фосфорилированного белка тау, что является подтверждением более высокой эффективности воспроизведения патофизиологии заболевания на трехмерных стволоклеточных моделях. Zhang et al. описали успешное воспроизведение происходящих in vivo реакций в трехмерной культуральной модели болезни Альцгеймера. В исследовании использовалась полученная из нейроэпителиальных стволовых клеток нейрональная культура, выращиваемая в гидрогеле PuraMatrix, состоящем из самособирающегося пептидного матрикса и ламинина. Полученные наблюдения подвердили, что трехмерное микроокружение обеспечивает распознавание бета-амилоида с участием р21-активируемой киназы. Протоколы получения генетически модифицированных человеческих нервных клеток-предшественников были стандартизованы и опубликованы.
В литературе многократно описано, что мышиные иПСК и эмбриональные стволовые клетки демонстрируют более высокий потенциал к дофаминергической дифференцировке в пептидном трехмерном нановолокнистом каркасе. Трехмерная культура обеспечивает лучшее микроокружение для формирования допаминергических нейронов, демонстрирующих возбуждение с достаточным биоэлектрическим потенциалом и экспрессирующих специфичные маркеры. Недавно описана успешная дифференцировка выделенных из хориона мезенхимальных стволовых клеток в двигательные нейроны в трехмерном нановолокнистом желатиновом матриксе. Эти двигательные нейроны должны предоставить возможность трехмерного моделирования бокового амитрофического склероза.
Рисунок 2. Наиболее важные исследования/открытия (по пять пунктов), касающиеся основных нейродегенеративных заболеваний, и перспективы применения стволовых клеток в их лечении, представленные во временном порядке.
Окончание: Заключительные комментарии
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.03.2017