Génération d’une puce de barrière de sang-brain basée sur iPSC

Srikanth Jagadeesan; Michael  J. Workman; Anna Herland; Clive  N. Svendsen; Gad  D. Vatine

doi:10.3791/60925

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Article de méthode

Génération d’une puce de barrière de sang-brain basée sur iPSC

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DOI :

10.3791/60925

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2 mars 2020

Srikanth Jagadeesan¹^,²^,³ , Michael J. Workman⁴ , Anna Herland⁵^,⁶ , Clive N. Svendsen⁴ , Gad D. Vatine¹^,²^,³

¹The Department of Physiology and Cell Biology, Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, ²The Regenerative Medicine and Stem Cell (RMSC) Research Center, Ben-Gurion University of the Negev, ³The Zlotowski Center for Neuroscience, Ben-Gurion University of the Negev, ⁴The Board of Governors Regenerative Medicine Institute, Cedars-Sinai Medical Center, ⁵Division of Micro and Nanosystems, KTH Royal Institute of Technology, ⁶AIMES, Department of Neuroscience, Karolinska Institutet

Dans cet article

Résumé

La barrière hémato-encéphalique (BBB) est une unité neurovasculaire multicellulaire régulant étroitement l’homéostasie cérébrale. En combinant les iPSC humains et les technologies d’organes sur puce, nous avons généré une puce BBB personnalisée, adaptée à la modélisation des maladies et aux prédictions de pénétrabilité des médicaments du SNC. Un protocole détaillé est décrit pour la génération et l’exploitation de la puce BBB.

Résumé

La barrière hémato-encéphalique (BBB) est formée par des unités neurovasculaires (NSU) qui protègent le système nerveux central (SNC) d’une série de facteurs trouvés dans le sang qui peuvent perturber la fonction cérébrale délicate. En tant que tel, le BBB est un obstacle majeur à la livraison de produits thérapeutiques au SNC. L’accumulation des preuves suggère que le BBB joue un rôle clé dans l’début et la progression des maladies neurologiques. Ainsi, il y a un besoin énorme pour un modèle de BBB qui peut prévoir la pénétration des drogues cNS-visées aussi bien qu’élucider le rôle du BBB dans la santé et la maladie.

Nous avons récemment combiné des technologies d’organe sur puce et de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour générer une puce BBB entièrement personnalisée aux humains. Cette nouvelle plate-forme affiche les propriétés cellulaires, moléculaires et physiologiques qui conviennent à la prédiction du transport de médicaments et de molécules à travers le BBB humain. En outre, en utilisant des puces BBB spécifiques au patient, nous avons généré des modèles de maladies neurologiques et démontré le potentiel d’applications de médicaments prédictifs personnalisés. Fourni ici est un protocole détaillé démontrant comment générer des puces BBB dérivées de l’iPSC, en commençant par la différenciation des cellules endothéliales microvasculaires du cerveau dérivées de l’iPSC (iBMECs) et résultant en cultures neuronales mixtes contenant des progéniteurs neuronaux, neurones différenciés et astrocytes. On décrit également une procédure pour l’ensemencement des cellules dans la puce d’organe et la culture des puces de BBB sous le flux laminaire contrôlé. Enfin, des descriptions détaillées des analyses de puces BBB sont fournies, y compris des tests de perméabilité paracellulaire pour évaluer la perméabilité des médicaments et des molécules ainsi que des méthodes immunocytochimiques pour déterminer la composition des types de cellules à l’intérieur de la puce.

Introduction

Le BBB est une barrière très sélective qui sépare le SNC du sang circulant. Il protège les fonctions critiques du cerveau contre les substances potentiellement perturbatrices, les facteurs et les xénobiotiques tout en permettant l’afflux de nutriments et d’autres métabolites nécessaires pour maintenir l’homéostasie du cerveau¹. Le BBB est un NVU multicellulaire dans lequel les péricytes, les pieds d’extrémité d’astrocyte, et les processus neuronaux contactent directement les cellules endothéliales microvasculaires de cerveau (BMECs). Ces interactions permettent aux BMEC de former des propriétés de barrière spécialisées qui sont soutenues par de....