神経疾患のモデル化と治療標的化のための血液脳関門の in vitro 再構築

Camille Goldman; Natalie Suhy; Jessica E. Schwarz; Emily Ruth Sartori; Rikki B. Rooklin; Braxton R. Schuldt; Louise A. Mesentier-Louro; Joel W. Blanchard

doi:10.3791/65921

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方法論記事

神経疾患のモデル化と治療標的化のための血液脳関門の in vitro 再構築

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DOI:

10.3791/65921

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2023年10月20日

Camille Goldman^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Natalie Suhy^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Jessica E. Schwarz¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Emily Ruth Sartori¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Rikki B. Rooklin¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Braxton R. Schuldt¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Louise A. Mesentier-Louro¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Joel W. Blanchard¹^,²^,³^,⁴^,⁵

¹Icahn School of Medicine at Mount Sinai, ²Black Family Stem Cell Institute at Mount Sinai, ³Ronald M. Loeb Center for Alzheimer’s Disease at Mount Sinai, ⁴Friedman Brain Institute at Mount Sinai, ⁵Nash Family Department of Neuroscience at Mount Sinai

^* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

血液脳関門(BBB)は、安定した健康な脳環境を維持する上で重要な役割を果たしています。BBB機能障害は、多くの神経疾患と関連しています。私たちは、脳血管の病理学、BBBの完全性、およびBBBが遺伝学や疾患によってどのように変化するかを調べるために、BBBの3D幹細胞由来モデルを開発しました。

要約

血液脳関門(BBB)は、中枢神経系(CNS)の重要な生理学的構成要素であり、栄養素を維持し、老廃物を取り除き、病原体から脳を保護します。BBBの固有のバリア特性は、神経疾患を治療するための中枢神経系への治療薬送達に課題を提起します。BBB機能障害は神経疾患に関連しています。脳血管系にアミロイドが沈着してBBBが損なわれる脳アミロイド血管症(CAA)は、アルツハイマー病(AD)のほとんどの症例で併存疾患であり、BBBの機能不全または破壊が神経変性に関与している可能性があることを示唆しています。ヒトBBB組織へのアクセスが限られているため、適切なBBB機能とBBB変性に寄与するメカニズムは不明のままです。これらの限界に対処するために、私たちは、内皮細胞、周皮細胞、およびアストロサイトを3Dマトリックスに組み込むことにより、ヒト多能性幹細胞由来BBB(iBBB)を開発しました。iBBBは自己組織化して、BBBに存在する解剖学的構造と細胞相互作用を再現します。iBBBにアミロイドを播種することで、CAAの重要な側面を捉えることができます。さらに、iBBBは、脳血管疾患や神経変性に関与する遺伝的要因や環境要因を調節し、遺伝学や生活習慣が疾患リスクにどのように影響するかを調査するための柔軟なプラットフォームを提供します。最後に、iBBBは、中枢神経系への治療送達を最適化するための薬物スクリーニングおよび創薬化学研究に使用できます。このプロトコルでは、ヒト多能性幹細胞から生じる3種類の細胞(内皮細胞、周皮細胞、アストロサイト)の微分、iBBBに分化した細胞を組み立てる方法、および外因性アミロイドを使用して生体外で CAAをモデル化する方法について説明します。このモデルは、生物学的忠実度と実験の柔軟性の両方を備えたシステムを使用して、生きたヒト脳組織を研究するという課題を克服し、ヒトBBBと神経変性におけるその役割の調査を可能にします。

概要

血液脳関門(BBB)は、中枢神経系(CNS)を末梢から分離し、適切な神経機能に理想的な環境を維持する重要な微小血管ネットワークです。代謝ホメオスタシス^を維持し1,2,3,4、老廃物^4,5,6を除去し、病原体や^毒素から脳を保護することにより、中枢神経系への物質の流入と流出を調節する上で重要な役割を果たします^7,8。

BBBの一次細胞型は内皮細胞(EC)です。中胚葉系統に由来する内皮細胞は、血管系の壁を形成します^1,9。微小血管ECは互いにタイトジャンクションを形成して膜の透過性を大幅に低下させる一方で、トランスポーターを発現して中枢神経系への栄養素の出入りを促進する