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ラーニングコーナー

2024/05/15

神経疾患・神経炎症の研究に役立つ培養情報

  • 用途別細胞培養

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アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経疾患や、神経炎症の研究に役立つ細胞培養の情報をご紹介します。ニューロン‐グリア共培養のプロトコルや、研究発表ポスター、研究者による解説動画(ウェビナー)などをご覧ください。

「STEMdiff™分化培地」について
本稿で紹介するプロトコルは、STEMCELL Technologies 社のSTEMdiff™分化培地を使用しています。
STEMdiff™分化培地は、さまざまなヒト多能性幹細胞(human pluripotent stem cell;hPSC)株から高品質なヒト神経モデルをin vitroで作製できる利点を備えています。多様なニューロンやグリア細胞への再現性の高い分化、および3 次元の均一なオルガノイドの樹立をサポートし、分化後の共培養にも使用できます。

アルツハイマー病研究

アルツハイマー病(Alzheimer’s Disease)は代表的な神経変性疾患のひとつです。アルツハイマー病患者の脳に見られる主な病理組織学的な所見は、アミロイド斑(アミロイドβの蓄積)、神経原線維濃縮体(タウタンパク質の過剰リン酸化)、神経炎症(中枢神経系の炎症反応)、血管機能不全に分類できます。アルツハイマー病の神経炎症には、脳のグリア細胞であるアストロサイトとミクログリアが重要な役割を果たすと考えられており、これらの細胞におけるアルツハイマー病関連遺伝子の発現によっても裏付けられています(Essayan-Perez S, et al (2019). Neurobiol Dis. 130:104503.)。

プロトコル

STEMdiff™分化培地を使用した、ニューロン‐グリア共培養のプロトコルです。

概要 画像をクリックすると拡大表示できます

前脳ニューロンとアストロサイトの共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)から前脳型ニューロンとアストロサイトを別々に分化誘導した後、それらを組み合わせて2 次元の共培養系を樹立します。

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詳細を見る(STEMCELL Technologies社サイトへリンク)

前脳ニューロンとミクログリアの共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)から前脳型ニューロンとミクログリアを別々に分化誘導した後、それらを組み合わせて2 次元の共培養系を樹立します。

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詳細を見る(STEMCELL Technologies社サイトへリンク)

前脳ニューロン、アストロサイトとミクログリアの3 種共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)から前脳型ニューロン、アストロサイト、ミクログリアを別々に分化誘導した後、それらを組み合わせて2 次元の共培養系を樹立します。

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詳細を見る(STEMCELL Technologies社サイトへリンク)

脳オルガノイドとミクログリアの共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)から、STEMdiff™ Cerebral Organoid KitまたはSTEMdiff™ Dorsal Forebrain Organoid Differentiation Kit (またはSTEMdiff™ Ventral Forebrain Organoid Differentiation Kit)で大脳または背側(または腹側)前脳オルガノイドを、STEMdiff™ Hematopoietic Kit およびSTEMdiff™ Microglia Differentiation Kit でミクログリアをそれぞれ分化させた後、共培養して神経オルガノイド内にミクログリアが取り込まれたアセンブロイドを樹立します。

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その他の技術情報

アルツハイマー病研究に関わるトピックを解説した動画(ウェビナー)、および研究に関するインタビュー記事です。

概要 画像をクリックするとリンクが開きます

ヒト多能性幹細胞(hPSC)由来ミクログリアの分化と特徴
Differentiating and Characterizing hPSC-Derived Microglia
- Dr. Jin-Yuan Wang (2022)
hPSC からミクログリアへの分化に重要なポイントを解説します。また、STEMdiff™ Microglia 培養系で作製したミクログリアの特徴と、共培養による神経炎症モデルへの応用例を紹介します。
(視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。)

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再生時間 31:46

TREM2 遺伝子欠損ミクログリアによるアルツハイマー病リスクのモデル化
Modeling Alzheimer’s Risk Using Human TREM2-Knockout Microglia
- Dr. Amanda McQuade (2021)
ヒト多能性幹細胞(hPSC)由来ミクログリアの分化プロトコルと、免疫活性化・神経変性メカニズム解明に向けたin vivo およびin vitro のアルツハイマー病モデルへの利用を紹介します。
(視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。)

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再生時間 56:09

アルツハイマー病における神経ネットワーク機能と接続性
A New Way to Study Neural Network Connectivity
- Dr. Wardiya Afshar Saber (2018)
アルツハイマー病などの神経変性における神経ネットワークを研究するため、光遺伝学と幹細胞技術を用いたAll-Optical assay を開発しました。光遺伝学により神経ネットワークの長期変化を観察可能にし、特異的なプロモーターを使うことで共培養中のさまざまな神経細胞をターゲットにできます。

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パーキンソン病研究

パーキンソン病(Parkinson’s Disease)はアルツハイマー病と同様に代表的な神経変性疾患です。パーキンソン病患者は特徴的な運動症状と同時に、頻繁に認知および精神症状を示します。細胞レベルでは、神経伝達物質放出に関わるα -シヌクレインタンパク質の凝集と、その蓄積によるレビー小体(細胞内封入体)の形成が見られます。これらの病態は中脳の黒質にあるドーパミン作動性(dopaminergic)ニューロンを変性させ、ドーパミン放出が大きく損なわれることで症状が現れます。一方、脳のグリア細胞であるミクログリアとアストロサイトが神経炎症(中枢神経系の炎症反応)を介して神経変性に影響する非細胞自律効果も知られています(Galet B, et al. (2020). Front Neurol. 11:1005.)。

プロトコル

STEMdiff™分化培地を使用した、ニューロン‐グリア共培養のプロトコルです。

概要 画像をクリックすると拡大表示できます

中脳- 線条体アセンブロイドの樹立
ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™ Dorsal Forebrain Organoid Kit を用いた改変パターニングで線条体オルガノイドを、STEMdiff™ Midbrain Organoid Kitを用いて中脳オルガノイドをそれぞれ分化させた後、共培養してアセンブロイド(AssemBloid™)*とよばれる集合体を樹立します。これにより中脳と線条体の領域間相互作用を再現します。
* アセンブロイド:オルガノイドと他の細胞または異なる複数のオルガノイドの共培養系です。

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中脳オルガノイドとミクログリアの共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff ™ Midbrain Organoid Kits で中脳オルガノイドを、STEMdiff™ Hematopoietic Kit およびSTEMdiff™ Microglia Differentiation Kit でミクログリアをそれぞれ分化させた後、共培養して中脳オルガノイド内にミクログリアが取り込まれたアセンブロイドを樹立します。

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その他の技術情報

パーキンソン病に関わる研究発表ポスター、および研究に関するインタビューです。

概要 画像をクリックするとリンクが開きます

中脳ニューロンとミクログリアの共培養
In Vitro Modeling of Parkinson’s Disease Using Human Pluripotent Stem Cell-Derived Midbrain Neuron and Microglia Co-Culture With Alpha-Synuclein Fibrils
- Noëmie LeBlanc, et al. (2023)
パーキンソン病患者におけるミクログリアの貪食や神経炎症の機能をモデル化するため、2 次元共培養系を樹立しました。ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™ Midbrain Neuron Kits で中脳ニューロン、STEMdiff ™ Microglia Kits でミクログリアへそれぞれ分化させた後、共培養して解析しています。α -シヌクレインタンパク質の蓄積によるニューロンへの毒性はミクログリアにより緩和されることが示唆されました。

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中脳ニューロンとアストロサイトの共培養
Generation of a Glia-Midbrain Neuron Co-Culture System Derived From Human Pluripotent Stem Cells
- Noëmie LeBlanc, et al.
パーキンソン病患者におけるアストロサイトの増殖や神経炎症の機能をモデル化するため、2 次元共培養系を樹立しました。ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™ Midbrain Neuron Kits で中脳ニューロン、STEMdiff ™ Astrocyte Kitsでアストロサイトへそれぞれ分化させた後、共培養して解析しています。アストロサイトによるニューロンの生存と成熟を促す効果が示唆されました。

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パーキンソン病の臨床試験、ヒト皮質オルガノイドのラット脳への移植
Developing Regenerative Medicines
- Dr. Stefan Irion (2023)
Stefan Irion 博士はBlueRock Therapeutics 社(米国)の研究担当上級副社長で、難治性疾患に対する再生医療の開発を使命としています。同社によるパーキンソン病への臨床試験と、幹細胞の遺伝子操作の難しさを語ります。また、医師から科学者への経歴やパーキンソン病との個人的な関わりについても語ります。

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その他 神経炎症(ALS、自閉症)研究

筋萎縮性側索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis;ALS)は、運動ニューロン(motor neuron)の消失によって随意筋の麻痺が進行する神経変性疾患で、多くの患者は呼吸不全で死亡します。運動ニューロンの変性に伴い、中枢神経系で貪食を担うミクログリアが活性化し、アストロサイトが増殖することも報告されています(Liu E, et al (2021). Front Mol Neurosci. 14:767041)。

自閉症あるいは自閉スペクトラム症(autism spectrum disorder)は、コミュニケーションや社会行動の欠陥を特徴とする神経発達障害です。自閉症の病因は解明されていませんが、ミクログリアとアストロサイトが神経炎症などを介して重要な役割を果たす可能性が示唆されています(Xiong Y, et al. (2023) Front Neurosci. 17:1125428.)。

プロトコル

STEMdiff™分化培地を使用した、ニューロン‐グリア共培養のプロトコルです。

概要 画像をクリックすると拡大表示できます

運動ニューロンとミクログリアの共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™ Motor Neuron Differentiation Kitで運動ニューロンを、STEMdiff™ Microglia Differentiation Kit でミクログリアをそれぞれ分化させた後、それらを組み合わせて2 次元の共培養系を樹立します。

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運動ニューロンと筋管の共培養
ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™ Motor Neuron Kit で運動ニューロンを、STEMdiff™ Myogenic Progenitor Supplement KitMyoCult™ Differentiation Kit で筋管をそれぞれ分化させた後、それらを組み合わせて2 次元の共培養系を樹立します。

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脳オルガノイドとミクログリアの共培養

「アルツハイマー病研究」内を参照

前脳ニューロンとアストロサイトの共培養

「アルツハイマー病研究」内を参照

前脳ニューロンとミクログリアの共培養

「アルツハイマー病研究」内を参照

前脳ニューロン、アストロサイトとミクログリアの3 種共培養

「アルツハイマー病研究」内を参照

その他の技術情報

神経炎症研究に関わるトピックを解説した動画(ウェビナー)、および研究発表ポスターです。

概要 画像をクリックするとリンクが開きます

ヒト多能性幹細胞(hPSC)由来ミクログリアの分化と特徴

「アルツハイマー病研究」内を参照

脳オルガノイドを用いた自閉スペクトラム症モデル
Brain Organoids: Advanced Models to Explore Autism Spectrum Disorder
- Dr. Catarina Morais Seabra (2020)
神経発達障害研究のために歯の幹細胞バンクを設立した経緯を解説します。演者自身の研究では、自閉スペクトラム症研究のために歯の幹細胞から大脳オルガノイドを作製しています。
(視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。)

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再生時間 18:44

運動ニューロンとミクログリアまたは筋管の共培養
Rapid, High-Efficiency Differentiation of Motor Neurons from Human Pluripotent Stem Cells
- Jin-Yuan Wang, et al. (2022)
運動ニューロン疾患モデルとして、ヒト多能性幹細胞(hPSC)から分化させた運動ニューロンとミクログリア、および運動ニューロンと筋管の2 次元共培養系を樹立しました。運動ニューロンの共培養プロトコルも紹介しています。

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前脳ニューロン、アストロサイト、ミクログリアの3 種共培養による損傷修復モデル
It Takes Two—Or Three: Comparing Human Pluripotent Stem Cell-Derived Glia-Neuron Co-Cultures to Neuron Monoculture Under Basal and Injury Conditions
- Jin-Yuan Wang, et al. (2020)
ニューロン・グリア相互作用モデルとして、ヒト多能性幹細胞(hPSC)からSTEMdiff™培地で分化させた前脳ニューロン、アストロサイト、ミクログリアを用いた2 次元の共培養系を樹立しました。前脳ニューロンはアストロサイトとの共培養により形態と生存が改善し、アストロサイト・ミクログリアとの3 種共培養で損傷の修復が早まることが示されました。
(3 種共培養のプロトコルは、「アルツハイマー病研究」内を参照。)

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