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Des chercheurs ont avancé l'âge des neurones humains au-delà de ce qui était auparavant possible

Des chercheurs dirigés par l’Université Northwestern ont créé les premiers neurones hautement matures à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC).

Bien que les chercheurs précédents aient différencié les cellules souches pour devenir des neurones, ces neurones étaient fonctionnellement immatures – ressemblant à des neurones de stades embryonnaires ou postnatals précoces. La maturation limitée obtenue avec les techniques actuelles de society de cellules souches diminue leur potentiel pour les études de neurodégénérescence.

L’étude sera publiée le 12 janvier dans la revue Mobile Stem Mobile.

Pour créer les neurones matures, l’équipe a utilisé des “molécules dansantes”, une method révolutionnaire introduite l’année dernière par le professeur Samuel I. Stupp de Northwestern. L’équipe a d’abord différencié les iPSC humains en neurones moteurs et corticaux.

Non seulement les neurones enrichis étaient in addition matures. Et, contrairement aux neurones typiques dérivés de cellules souches qui ont tendance à s’agglutiner, ces neurones ne se sont pas agrégés, ce qui les rend moins difficiles à entretenir.

Avec un développement in addition poussé. notamment la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer ou la sclérose en plaques.

Les neurones matures présentent également de nouvelles opportunités pour étudier les maladies neurodégénératives telles que la SLA et d’autres maladies liées à l’âge dans des modèles in vitro basés sur des boîtes de tradition. En avançant l’âge des neurones dans les cultures cellulaires.

“C’est la première fois que nous avons pu déclencher une maturation fonctionnelle avancée de neurones humains dérivés d’iPSC en les plaquant sur une matrice synthétique”, a déclaré Evangelos Kiskinis de Northwestern, co-auteur correspondant de l’étude. “C’est crucial automobile il existe de nombreuses programs qui obligent les chercheurs à utiliser des populations de neurones purifiées. La plupart des laboratoires basés sur les cellules souches utilisent des neurones de souris ou de rat co-cultivés avec des neurones dérivés de cellules souches humaines. Mais cela ne permet pas aux scientifiques d’étudier ce qui se passe. dans les neurones humains parce que vous finissez par travailler avec un mélange de cellules de souris et humaines.”

“Lorsque vous avez un iPSC que vous parvenez à transformer en neurone, ce sera un jeune neurone”, a déclaré Stupp, co-auteur correspondant de l’étude. “Mais. il faut un neurone mature. Sinon, c’est comme demander à un bébé d’accomplir une fonction qui nécessite un être humain adulte. Nous avons confirmé que les neurones recouverts de nos nanofibres atteindre in addition de maturité que d’autres méthodes.”

Kiskinis est professeur adjoint de neurologie et de neurosciences à la Northwestern University Feinberg Faculty of Medicine, chercheur de la New York Stem Cell Basis-Robertson et membre principal du corps professoral du Les Turner ALS Heart. Stupp est professeur au conseil d’administration de science et génie des matériaux, de chimie, de médecine et de génie biomédical à Northwestern, où il est directeur fondateur du Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) et de son centre de recherche affilié, le Middle for Regenerative Nanomedicine. Stupp a des nominations à la McCormick Faculty of Engineering, au Weinberg College of Arts and Sciences et à la Feinberg School of Medicine.

Pour développer les neurones matures, les chercheurs ont utilisé des nanofibres composées de “molécules dansantes”, un matériau que le laboratoire de Stupp a développé comme traitement potentiel des lésions aiguës de la moelle épinière. Dans des recherches antérieures publiées dans la revue Science, Stupp a découvert comment ajuster le mouvement des molécules, afin qu’elles puissent trouver et s’engager correctement avec des récepteurs cellulaires en mouvement regular. En imitant le mouvement des molécules biologiques, les matériaux synthétiques peuvent communiquer avec les cellules.

Une innovation clé de la recherche de Stupp a été de découvrir comment contrôler le mouvement collectif de furthermore de 100 000 molécules dans les nanofibres.

“Imaginez diviser une seconde en 1 000 périodes de temps”, a déclaré Stupp. “C’est à quelle vitesse les récepteurs peuvent se déplacer.”

Dans la nouvelle étude, Stupp et Kiskinis ont découvert que les nanofibres réglées pour contenir les molécules les plus mobiles conduisaient aux neurones les as well as améliorés. En d’autres termes, les neurones cultivés sur des revêtements plus dynamiques – essentiellement des échafaudages composés de nombreuses nanofibres – étaient également les neurones les in addition matures.

a déclaré Stupp. “Ils sont moreover susceptibles d’être synchronisés. Si deux danseurs ne sont pas synchronisés. Les récepteurs sont activés par les signaux lors de rencontres spatiales très spécifiques. qui à son tour aide à les regrouper pour bénéficier de la signalisation.”

Les neurones avec la signature SLA ouvrent une nouvelle fenêtre sur la maladie

En utilisant les molécules dansantes, les chercheurs ont pu faire avancer les neurones humains à des âges beaucoup in addition avancés qu’auparavant.

Dans le cadre de la recherche, Kiskinis et son équipe ont prélevé des cellules cutanées d’un affected person atteint de SLA et les ont converties en CSPi spécifiques au patient. Ensuite, ils ont différencié ces cellules souches en motoneurones, qui est le kind de cellule affecté par cette maladie neurodégénérative. Enfin, les chercheurs ont cultivé des neurones sur les nouveaux matériaux de revêtement synthétiques pour développer davantage les signatures ALS. Non seulement cela a donné à Kiskinis une nouvelle fenêtre sur la SLA.

“Pour la première fois, nous avons pu observer une agrégation de protéines neurologiques à l’âge adulte dans les motoneurones des clients SLA dérivés de cellules souches. Cela représente une percée pour nous”, a déclaré Kiskinis. “On ne sait pas remark l’agrégation déclenche la maladie. C’est ce que nous espérons découvrir pour la première fois.”

Espoirs pour un futur traitement des lésions de la moelle épinière, maladies neurodégénératives

Additionally tard, des neurones matures et améliorés dérivés d’iPSC pourraient également être transplantés chez des people souffrant de lésions de la moelle épinière ou de maladies neurodégénératives. Par exemple, les médecins pourraient prélever des cellules cutanées d’un affected individual atteint de SLA ou de la maladie de Parkinson, les convertir en CSPi, puis cultiver ces cellules sur le revêtement pour créer des neurones sains et hautement fonctionnels.

Transplanter des neurones sains chez un patient pourrait remplacer des neurones endommagés ou perdus, restaurant potentiellement la cognition ou les sensations perdues. Et, comme les cellules initiales provenaient du individual, les nouveaux neurones dérivés d’iPSC correspondraient génétiquement au patient, éliminant ainsi la possibilité de rejet.

mais cela pourrait être additionally easy pour la maladie de Parkinson”, a déclaré Kiskinis. “Dans tous les cas, cette technologie sera transformatrice.”

“Il est probable de prélever des cellules d’un affected individual, de les transformer en cellules souches, puis de les différencier en différents sorts de cellules”, a déclaré Stupp. « Mais le rendement de ces cellules a tendance à être faible, et parvenir à une maturation adéquate est un gros problème.

L’étude, “Les échafaudages de matrice extracellulaire artificielle de molécules mobiles améliorent la maturation des neurones dérivés de cellules souches humaines”, a été soutenue par le Centre for Regenerative Nanomedicine du Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology, le Countrywide Institutes of Well being (NIH) Countrywide Institute on Neurological Diseases and Stroke, NIH National Institute on Aging (numéro de prix R01NS104219), NIH Nationwide Institute of Biomedical Imaging and Bioengineers (numéro de prix 5R01EB003806), NIH National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Pores and skin Health conditions (numéro de prix R01AR0727), The Les Turner ALS Foundation, la New York Stem Mobile Basis, US Office of Electricity (numéro de prix SC0001329) et la Paralyzed Veterans of The usa Investigate Basis (numéro de prix PVA17RF0008).