近日，布里格姆婦女醫(yī)院的研究人員開發(fā)了一種快速將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有帕金森?。≒D）特征的腦細(xì)胞的技術(shù)，這幫助科學(xué)家在培養(yǎng)皿中研究該疾病獨特且高度可變的病理。

這種新方法使干細(xì)胞向腦細(xì)胞的轉(zhuǎn)化在幾周內(nèi)可重復(fù)進(jìn)行，同時還允許研究人員開發(fā)反映在此時間框架內(nèi)大腦中可能發(fā)生的多種蛋白質(zhì)錯誤折疊病理的模型。該團隊由布里格姆婦女醫(yī)院運動障礙科主任、安·羅姆尼神經(jīng)疾病中心首席研究員Vikram Khurana博士領(lǐng)導(dǎo)，他們認(rèn)為這種模型未來可能有助于開發(fā)個性化的帕金森病診斷和治療方法。

Khurana表示：“我們希望評估在實驗室中快速制造人類腦細(xì)胞的方法，這些腦細(xì)胞可以讓我們窺見帕金森病及多系統(tǒng)萎縮和路易體癡呆等相關(guān)疾病患者大腦中發(fā)生的關(guān)鍵過程。與之前的模型不同，我們希望在足夠短的時間內(nèi)完成，以便這些模型對高通量基因和藥物篩選有用，并且便于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的許多實驗室使用?！?/p>

Khurana和同事在Neuron期刊上發(fā)表的論文中報告了包含病理模型的開發(fā)情況，論文題為《快速iPSC包含病理模型揭示α-突觸核蛋白包含體的形成、后果和分子亞型》。他們在論文中總結(jié)道：“這些可擴展的模型有望用于生物學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)，并作為神經(jīng)退行性蛋白病的個性化醫(yī)學(xué)工具?！?/p>

帕金森病是一種漸進(jìn)性和退行性的腦部疾病?；加性摬〉娜送ǔ霈F(xiàn)行動遲緩、震顫、肌肉僵硬和言語障礙等健康問題。帕金森病以及其他神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病，會導(dǎo)致神經(jīng)元中蛋白質(zhì)積聚，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)錯誤折疊和細(xì)胞功能受損。研究人員解釋道：“神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森?。≒D）或額顳葉癡呆，被稱為‘蛋白病’，因為它們的標(biāo)志性病理是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的富含蛋白質(zhì)的包涵體?！蹦壳暗呐两鹕’煼梢跃徑庖恍┌Y狀，但無法解決蛋白質(zhì)錯誤折疊的根本原因。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）衍生的中樞神經(jīng)系統(tǒng)模型為實時可視化包涵體的形成提供了一種潛在的患者特異性模型系統(tǒng)?，F(xiàn)有的“培養(yǎng)皿中的帕金森病”模型可以有效地將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腦細(xì)胞，但無法在合理的時間框架內(nèi)研究患者特異性的細(xì)胞病理以指導(dǎo)量身定制的治療策略。研究人員指出：“目前的人類iPSC模型具有有限的實用性，通常需要較長時間的分化。成熟的包涵體不會在合理的時間內(nèi)形成?！?/p>

這是重要的，因為帕金森病患者是多樣的，一刀切的治療策略可能不適用于某些患者。Khurana表示：“問題在于，蛋白質(zhì)簇在不同患者中的形成方式看起來不同，即使在同一患者的不同腦細(xì)胞中也不同。這引發(fā)了一個問題：我們?nèi)绾卧谂囵B(yǎng)皿中模擬這種復(fù)雜性？我們?nèi)绾卧谧銐蚩斓臅r間內(nèi)完成，以便對診斷和藥物發(fā)現(xiàn)具有實際意義？”

為了創(chuàng)建他們的新模型，Khurana的實驗室使用了稱為PiggyBac載體的工具來引入轉(zhuǎn)錄因子，快速將干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為不同類型的腦細(xì)胞。然后，他們在神經(jīng)細(xì)胞中引入易聚集的蛋白質(zhì)如α-突觸核蛋白（α-synuclein; αS），這是帕金森病及相關(guān)疾病中蛋白質(zhì)簇形成的核心。在使用CRISPR-Cas9和其他篩選系統(tǒng)后，他們識別出細(xì)胞中形成的多種類型的包涵體，其中一些具有保護(hù)作用，一些具有毒性。為了證明與疾病的相關(guān)性，他們使用其干細(xì)胞模型在已故患者的腦組織中發(fā)現(xiàn)了類似的包涵體。研究人員寫道：“這些模型揭示了αS包涵體的動態(tài)性質(zhì)，包涵體內(nèi)的重要分子相互作用，以及在尸檢腦中具有潛在生物學(xué)相關(guān)性的亞型?！?/p>

科學(xué)家們認(rèn)為，這項技術(shù)將開啟新的方法，用于對患者的蛋白質(zhì)病理進(jìn)行分類，并確定這些病理中哪些可能是最佳的藥物靶點。他們承認(rèn)，這項技術(shù)確實存在需要解決的限制。一個限制是目前技術(shù)生成的神經(jīng)元尚不成熟。研究人員的目標(biāo)是用成熟的神經(jīng)元來復(fù)制這個模型，以模擬衰老對形成的蛋白質(zhì)聚集體的影響。雖然新系統(tǒng)可以快速生成腦中的神經(jīng)元和關(guān)鍵的炎性膠質(zhì)細(xì)胞，但報告的工作僅分別檢查了這些細(xì)胞類型。團隊現(xiàn)在正在將這些細(xì)胞類型結(jié)合在一起，以研究對帕金森病進(jìn)展可能重要的蛋白質(zhì)聚集過程的炎性反應(yīng)。

研究人員總結(jié)道：“我們預(yù)計這里描述的快速且可擴展的iPSC包含病理模型將有助于理解包涵體亞類及其不同的生物學(xué)后果。他們將能夠系統(tǒng)地映射不同αS構(gòu)象（或‘菌株’）在不同中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞類型和共培養(yǎng)中的遺傳和物理相互作用，并模擬混合的蛋白病理?！?/p>

共同第一作者、布里格姆婦女醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)系研究員Alain Ndayisaba博士評論了實驗室中已經(jīng)在進(jìn)行的臨床應(yīng)用?！霸谝粋€關(guān)鍵應(yīng)用中，我們正在利用這項技術(shù)識別候選放射性示蹤分子，以幫助我們在診所看到的活體患者大腦中可視化α-突觸核蛋白聚集的病理。”

共同第一作者、布里格姆婦女醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)系研究員Isabel Lam博士補充道：“這項技術(shù)將為快速開發(fā)來自個體患者的‘個性化干細(xì)胞模型’鋪平道路。這些模型已經(jīng)在高效測試新診斷和治療策略‘培養(yǎng)皿中的臨床試驗’中使用，因此我們可以將正確的藥物針對正確的患者?！?/p>

研究人員進(jìn)一步寫道，這些模型現(xiàn)在提供了一條包含“宿主”細(xì)胞和可以從患者組織和體液中擴增的蛋白質(zhì)菌株的患者特異性模型路徑?，F(xiàn)在，原則上可以在來自個體患者的干細(xì)胞模型中輕松測試放射性示蹤劑等診斷工具或抗體等治療工具。

參考文獻(xiàn)：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00409-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627324004094%3Fshowall%3Dtrue

編輯：王洪

排版：李麗