Нейросфера

Нейросфера — это культуральная система , состоящая из свободно плавающих кластеров нервных стволовых клеток . Нейросферы предоставляют метод исследования нервных клеток-предшественников in vitro . Предполагаемые нейральные стволовые клетки суспендируют в среде, не содержащей адгезивных субстратов, но содержащей необходимые факторы роста, такие как эпидермальный фактор роста и фактор роста фибробластов . Это позволяет нервным стволовым клеткам формироваться в характерные трехмерные кластеры. Однако нейросферы не идентичны стволовым клеткам; скорее, они содержат лишь небольшой процент нервных стволовых клеток. ^[1]

Преимущественное использование нейросферы приходится на нейросферный анализ . Однако было показано, что среды in vitro и in vivo оказывают разное индуктивное воздействие на клетки-предшественники. Создание нейросферного анализа очень чувствительно; до сих пор неясно, какие именно эффекты оказывает окружающая среда по сравнению с средой in vivo . ^[1]

История

Рейнольдс и Вайс впервые описали нейросферный метод исследования нервных клеток-предшественников в 1992 году. Этот метод был продолжен в работах Анджело Вискови, Дерека ван дер Коя и его коллег. ^[1]

Рейнольдс и Вайс

В 1992 году Брент А. Рейнольдс и Сэмюэл Вайс попытались изолировать EGF-чувствительные клетки из центральной нервной системы (ЦНС) взрослой мыши . Они диссоциировали полосатое тело мышей в возрасте от 3 до 18 месяцев с помощью ферментов и поместили их в бессывороточную культуру, содержащую 20 нг EGF на миллилитр. Через два дня in vitro большинство клеток погибло, но 15±2 клетки на каждом планшете подвергались клеточному делению. Это продолжалось два-три дня, после чего пролиферирующие скопления клеток отделились и образовали сферу пролиферирующих клеток. После открытия сферического образования клеток они оценили антигенные свойства клеток внутри этих сфер. Они обнаружили, что почти все клетки в сферах были иммунореактивны в отношении нестина , промежуточной нити, обнаруженной в нейроэпителиальных стволовых клетках . Клетки не были иммунореактивными в отношении нейрофиламентов , нейрон-специфической енолазы (NSE) и глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) . После большей пролиферации и более длительного времени in vitro в присутствии EGF клетки в конечном итоге становились иммунореактивными к нейрофиламентам, NSE и GFAP. Клетки, обладающие такой иммунореактивностью, затем были протестированы на ЦНС. нейротрансмиттеры с непрямой иммуноцитохимией . Рейнольдс и Вайс обнаружили, что через 21 день культуры сфер и связанных с ними клеток in vitro содержали два основных нейромедиатора полосатого тела взрослого человека. Эти сферы клеток, открытые Рейнольдсом и Вайсом в 1992 году, были первыми созданными и проанализированными нейросферными образованиями. ^[2]

Анализ нейросферы (стебельности)

Анализ нейросферы исследует три фундаментальные характеристики нервных стволовых клеток: пролиферацию, самообновление и мультипотентность . ^[3] Самообновление и мультипотентность — это требования, которые позволяют клеткам считаться стволовыми. Анализ нейросферы или анализ стволовости использовался для подтверждения того, что нейросферы содержат нервные стволовые клетки. Нейросферы диссоциируют и распределяют по одноклеточным лункам для изучения самообновления посредством клонального анализа. Небольшой процент клеток превращается во вторичную нейросферу. Затем вторичные нейросферы переносят в культуральную среду, содержащую факторы роста, которые способствуют дифференцировке клеток. Присутствие различных типов клеток, включая нейроны , астроциты и олигодендроциты , подтверждает мультипотентность этих клеток-предшественников. Доказательства самообновления и мультипотентности служат подтверждением присутствия нервных стволовых клеток внутри нейросфер и подчеркивают, что нервные стволовые клетки составляют лишь часть нейросферы. ^[1]

Клинические применения

Поскольку целью нейросферного анализа является разработка нервных стволовых клеток in vitro, клиническое применение такого достижения может быть весьма полезным. Трансплантированные нервные стволовые клетки способны преодолевать гематоэнцефалический барьер и интегрироваться в мозг хозяина, не нарушая нормальной функции. Это терапевтическое применение нервных стволовых клеток, полученных из нейросфер, все еще находится в зачаточном состоянии с точки зрения эффективности, но имеет высокий потенциал успеха в лечении многих заболеваний.

Еще одним аспектом клинического применения нервных стволовых клеток является универсальность. Были проведены трансплантации нервных стволовых клеток в различные ткани с успешной дифференцировкой и пролиферацией в этих тканях. Этот более широкий «спектр» дифференциации может быть весьма полезен в клинических условиях. ^[5]

Нейросферы также использовались для регенерации периферических нервов. ^[6]

Восстановление слуха

Исследователи изучают возможность использования нервных стволовых клеток (НСК), полученных из нейросфер, для содействия возобновлению роста нейронов внутреннего уха и волосковых клеток. Ху и др. трансплантировали НСК взрослым мышам в нормальные и оглохшие внутренние уши морских свинок. Перед имплантацией НСК обрабатывали белком нейрогенина 2, чтобы стимулировать пролиферацию предполагаемых клеток внутреннего уха. Они пришли к выводу, что взрослые НСК действительно способны выживать и дифференцироваться в поврежденном внутреннем ухе и что этот тип терапии может способствовать восстановлению слуховой функции у людей с нарушениями слуха. Этот эксперимент также показывает, что генная инженерия может способствовать успеху создания конкретных представляющих интерес клеток-предшественников. ^[7]

Ограничения

Какой бы полезной ни была культура нейросферы для биологических исследований процессов развития и функционального анализа для проверки характеристик нейронов, у этого метода есть несколько ограничений.

Во-первых, формирование нейросферной культуры очень чувствительно к процедуре, поскольку создание зависит от системы, используемой для создания культуры. Вариации плотности клеток, различных компонентов или концентраций факторов в среде и методе, методе и частоте пассажей, а также то, диссоциирует ли нейросфера перед дифференцировкой, могут привести к различиям как в составе типов клеток, так и в свойствах внутри каждой нейросферы. Это создает проблему для консолидации и интерпретации данных даже в рамках одного исследования.

Другая проблема с системой связана с природой суспензионных культур (in vitro): невозможно тщательно контролировать отдельные клетки. Поскольку нейронная способность клеток, расширенных нейросферой, уменьшается после длительного количества пассажей, отсутствие мониторинга еще больше усложняет метод нейросферы.

Наконец, лишь небольшой процент клеток в каждой гетерогенной сфере обладает потенциалом для формирования нейросфер, и еще меньше клеток действительно соответствуют критериям нервных стволовых клеток. Каждая нейросфера содержит клетки на нескольких стадиях дифференцировки, включая стволовые клетки, пролиферирующие нейральные клетки-предшественники , постмитотические нейроны и глию . Более того, гетерогенность нейросферы увеличивается с ее размером, поскольку с увеличением времени пребывания в культуре возникает все больше разнообразных типов клеток. ^[8]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кемперманн, Герд. Взрослый нейрогенез . Издательство Оксфордского университета, 2006, с. 66-78. ISBN 978-0-19-517971-2
^ Рейнольдс, Брент А.; Сэмюэл Вайс (27 марта 1992 г.). «Поколение нейронов и астроцитов из изолированных клеток центральной нервной системы взрослых млекопитающих». Наука . Новая серия. 255 (5052): 1707–1710. Бибкод : 1992Sci...255.1707R . дои : 10.1126/science.1553558 . JSTOR 2876641 . ПМИД 1553558 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2013 г. Проверено 18 апреля 2012 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Кайрес-Жуниор, Луис Карлос; Гуларт, Эрнесто; Мело, Уира Сото; Араужо, Бруно Энрике Силва; Альвизи, Лукас; Соарес-Шаноски, Алессандра; де Оливейра, Данилло Фелипе; Кобаяши, Герсон Сигэру; Гризи-Оливейра, Карина; Муссо, Камила Мансо; Амарал, Мурило Сена (2 февраля 2018 г.). «Диссонансные врожденные близнецы с синдромом Зика демонстрируют дифференциальную восприимчивость к вирусам in vitro нервных клеток-предшественников» . Природные коммуникации . 9 (1): 475. Бибкод : 2018NatCo...9..475C . дои : 10.1038/s41467-017-02790-9 . ISSN 2041-1723 . ПМК 5797251 . ПМИД 29396410 .
^ Делейролл, Лоик П.; Родни Л. Ритце; Брент А. Рейнольдс (16 ноября 2007 г.). «Анализ нейросферы, метод, находящийся на стадии изучения». Acta Neuropsychiatrica . 20 (1): 2–8. дои : 10.1111/j.1601-5215.2007.00251.x . ПМИД 26953088 . S2CID 25104932 .
^ Уэмура Т., Такамацу К., Икеда М., Окада М., Казуки К., Икада Ю., Накамура Х. (2012). «Трансплантация индуцированных нейросфер, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, для восстановления периферических нервов». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 419 (1): 130–5. дои : 10.1016/j.bbrc.2012.01.154 . ПМИД 22333572 .
^ Ху З, Вэй Д., Йоханссон С.Б., Хольмстрем Н., Дуан М., Фрисен Дж., Ульфендаль М. (2005). «Выживание и нервная дифференцировка взрослых нервных стволовых клеток, трансплантированных в зрелое внутреннее ухо». Экспериментальные исследования клеток . 302 (1): 40–47. doi : 10.1016/j.yexcr.2004.08.023 . ПМИД 15541724 .
^ Дженсен, Жозефина Б.; Малин Пармар (2006). «Сильные стороны и ограничения системы нейросферной культуры». Молекулярная нейробиология . 34 (3): 153–162. дои : 10.1385/мин:34:3:153 . ПМИД 17308349 . S2CID 18603451 .

Внешние ссылки

Сетевой протокол генерации нейросфер опубликован на сайте Nature Protocols : Neural Stem Cell Culture: Neural Stem Cell Culture: NeurSphere Generation, микроскопический анализ и криоконсервация.
Многоразовый инструмент для 3D-культуры клеток, используемый для выращивания нейросфер — 3D-чашка Петри

[Kempermann-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кемперманн, Герд. Взрослый нейрогенез . Издательство Оксфордского университета, 2006, с. 66-78. ISBN 978-0-19-517971-2

[Reynolds_and_Weiss-2] Рейнольдс, Брент А.; Сэмюэл Вайс (27 марта 1992 г.). «Поколение нейронов и астроцитов из изолированных клеток центральной нервной системы взрослых млекопитающих». Наука . Новая серия. 255 (5052): 1707–1710. Бибкод : 1992Sci...255.1707R . дои : 10.1126/science.1553558 . JSTOR 2876641 . ПМИД 1553558 .

[Klein-3] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2013 г. Проверено 18 апреля 2012 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[4] Кайрес-Жуниор, Луис Карлос; Гуларт, Эрнесто; Мело, Уира Сото; Араужо, Бруно Энрике Силва; Альвизи, Лукас; Соарес-Шаноски, Алессандра; де Оливейра, Данилло Фелипе; Кобаяши, Герсон Сигэру; Гризи-Оливейра, Карина; Муссо, Камила Мансо; Амарал, Мурило Сена (2 февраля 2018 г.). «Диссонансные врожденные близнецы с синдромом Зика демонстрируют дифференциальную восприимчивость к вирусам in vitro нервных клеток-предшественников» . Природные коммуникации . 9 (1): 475. Бибкод : 2018NatCo...9..475C . дои : 10.1038/s41467-017-02790-9 . ISSN 2041-1723 . ПМК 5797251 . ПМИД 29396410 .

[Deleyrolle-5] Делейролл, Лоик П.; Родни Л. Ритце; Брент А. Рейнольдс (16 ноября 2007 г.). «Анализ нейросферы, метод, находящийся на стадии изучения». Acta Neuropsychiatrica . 20 (1): 2–8. дои : 10.1111/j.1601-5215.2007.00251.x . ПМИД 26953088 . S2CID 25104932 .

[6] Уэмура Т., Такамацу К., Икеда М., Окада М., Казуки К., Икада Ю., Накамура Х. (2012). «Трансплантация индуцированных нейросфер, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, для восстановления периферических нервов». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 419 (1): 130–5. дои : 10.1016/j.bbrc.2012.01.154 . ПМИД 22333572 .

[7] Ху З, Вэй Д., Йоханссон С.Б., Хольмстрем Н., Дуан М., Фрисен Дж., Ульфендаль М. (2005). «Выживание и нервная дифференцировка взрослых нервных стволовых клеток, трансплантированных в зрелое внутреннее ухо». Экспериментальные исследования клеток . 302 (1): 40–47. doi : 10.1016/j.yexcr.2004.08.023 . ПМИД 15541724 .

[8] Дженсен, Жозефина Б.; Малин Пармар (2006). «Сильные стороны и ограничения системы нейросферной культуры». Молекулярная нейробиология . 34 (3): 153–162. дои : 10.1385/мин:34:3:153 . ПМИД 17308349 . S2CID 18603451 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]