图 2:使用核转染提供的 Cas9-mRNA 核酸酶、合成 sgRNA 和 ssDNA 寡核苷酸修复模板对 iPSC 进行基因编辑不会对 iPSC 形态造成干扰,可用于对基因组进行微小改变。A) 核转染后 48 小时拍摄的相位图像。比例尺为 100 μm。BC) 分析 LMNA 基因座 (B) 和 MYH7 基因座 (C) 中具有指定所需编辑 (蓝色) 或不需要的 INDEL (灰色) 的总 NGS 测序读数百分比。
摘要Cockayne综合征是一种罕见的遗传性常染色体隐性疾病,其特征是不同的神经系统痛苦。但是,对于CS患者的大脑发育知之甚少。,我们利用Cockayne综合征B蛋白(CSB)产生了神经球和脑类器官,缺乏诱导的多能干细胞,这些干细胞来自两名患者,这些干细胞来自两名患者,具有不同严重性的CS和健康对照。使用RNA-SEQ和生物信息学分析探索了两个发育时间点的转录组,以鉴定两名CS患者常见的生物学失调,与对照相比。CSB缺陷型神经球显示了VEGFA-VEGFR2信号通路,囊泡介导的运输和头部发育的上调。CSB缺陷式脑器官表现出脑发育,神经元投射发育和突触信号的下调。我们进一步确定了对两个时间点共有的类固醇生物合成的上调,特别是胆固醇生物合成分支的上调。我们的结果提供了对CS患者神经发育失调的见解,并加强了CS的理论,即CS不仅是神经退行性的,而且是神经发育障碍。
已经开发出许多旨在减少聚合物积累的治疗方法,其疗效已在临床前研究中得到证实 14 。然而,在随后的临床评估中,所有治疗方法都在不同阶段失败了。在一定程度上,这些失败是由于临床前模型不够理想。许多研究利用过表达聚合物形成型 A1AT 蛋白的 CHO 细胞在早期分类 14-16 期间进行筛选。虽然这是一种适合大规模培养的弹性模型,但其非人类来源和缺乏额外的肝脏富集蛋白损害了下游临床成功的筛选可靠性。A1ATD 患者的原代肝细胞难以获取和培养,限制了它们在小分子库筛选中的应用,直到化合物评估的最后阶段。此外,缺乏表达聚合物形成型 A1AT 蛋白的稳定细胞模型的情况因无法显示疾病表型的小鼠模型而进一步恶化,因此需要开发复杂的人源化小鼠以成功模拟体内疾病 17 。
Vasanth Vedantham,医学博士,博士史密斯心血管研究大楼555 Mission Bay Blvd South,352M San Francisco,CA 94158 Vasanth.vedanth.vedantham@ucsf.ucsf.edu
此预印本版的版权持有人于2023年8月31日发布。 https://doi.org/10.1101/2023.08.30.554628 doi:Biorxiv Preprint
神经退行性疾病是成人发作的神经系统疾病,众所周知,很难对药物发现和发育进行建模,因为大多数模型无法准确地概括有关疾病相关细胞中的病理学,因此很难探索神经退行性疾病的潜在机制。因此,已经开发出人类或动物细胞的替代模型来弥合差距,并通过试图模仿神经元和神经胶质细胞相互作用以及更多的机制来更准确地预测新的治疗策略的影响。与2007年最初产生的人类诱导的多能干细胞的出现同时,可以将来自患者的人类诱导的多能干细胞(HIPSC)的可访问性区分开,可以区分与疾病相关的神经元,从而为体外建模,药物测试和治疗策略提供无与伦比的平台。最近开发了源自IPSC的三维(3D)脑器官,作为研究神经退行性疾病的病理特征的最佳替代模型。本评论重点介绍了当前基于IPSC的疾病建模的概述以及结合了神经退行性疾病的IPSC模型开发的最新进展。此外,还提出了现有的基于脑器官的疾病建模的阿尔茨海默氏病。我们还讨论了建模的区域特定脑器官的当前方法论,其潜在的应用,强调了脑器官,作为对患者特异性疾病建模,个性化疗法的建模的有前途的平台,并为持续的或未来的临床试验设计了主体技术。
1 Siriraj Center for Regenerative Medicine, Faculty of Medicine Siriraj Hospital, Mahidol University, Bangkok, Thailand, 2 Virology and Cell Technology Research Team, National Center for Genetic Engineering and Biotechnology (BIOTEC), National Science and Technology Development Agency (NSTDA), Pathum Thani, Thailand, 3 Department of Genetics and Genome Sciences, Case Western Reserve University, Cleveland, OH, United States, 4美国加利福尼亚州圣地亚哥大学医学院儿科学系,美国加利福尼亚州拉霍亚大学,5个蜂窝和分子医学系,加利福尼亚州加利福尼亚州圣地亚哥分校,加利福尼亚州圣地亚哥分校,美国6号,6美国,众人和临时状态的人类学研究和培训中心(CARTA),cavli Instute for Brain and Mind Stute
基因工程将细胞置于选择压力之下,需要几轮细胞倍增才能获得编辑后的克隆。因此,为避免基因组不稳定性积累,我们建议使用解冻后 2-3 次传代的细胞,尽可能接近质量测试过的细胞库。我们还建议在缺氧条件下(37 C/5% CO 2 /5% O 2 )维护 hiPSC 并进行基因编辑实验,因为在缺氧条件下培养 hiPSC 有几个优点,包括增强多能性、增加增殖、减少氧化应激、提高重编程效率、更好的分化潜力和低遗传不稳定性频率。2、3 这些好处可以提高 hiPSC 的质量和功能,这对于再生医学和疾病建模中的下游应用至关重要。Vallone 等人描述了描述板涂层、细胞维护以及酶促和非酶促解离的一般方案。4
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细胞和基因疗法 (CGT) 正在改变生物制药公司治疗和治愈某些疾病的方式。从病毒载体到 CAR-T 细胞,CGT 的格局正在我们眼前迅速演变。一种结合多种 CGT 的方法是使用体细胞衍生细胞来产生多能人类干细胞,这些干细胞可以重新分化为终末细胞类型,以治疗和研究疾病。在过去十年中,在利用诱导多能干细胞 (hiPSC) 建模特定器官和微环境细胞系统方面取得了重大进展,包括心脏、肺、肝脏、胰腺和中枢神经系统 (CNS) 1 等(图 1)。通过使用转录因子或小分子,人类多能细胞已经分化成在形态、转录和功能上与其原代细胞非常相似的状态。这使得能够对处于成熟度和疾病各个阶段的细胞系统进行建模(图 1)。事实上,自 2006 年发现该技术以来,实现所需细胞类型多样性和特异性的能力已得到显著提高 2 。结合最近人们对 CGT 兴趣的激增,使用 iPSC 技术进行治疗干预的潜力非常光明。