성숙한 '실험실 성장' 뉴런은 신경 퇴행성 질환에 대한 전망을 가지고 있습니다.

[아름이]

성숙한 '실험실 성장' 뉴런은 신경 퇴행성 질환에 대한 전망을 가지고 있습니다.
연구원들은 이전에 가능했던 것 이상으로 인간 뉴런의 나이를 앞당겼습니다.
날짜:
2023년 1월 12일
원천:
노스웨스턴 대학교
요약:
연구원들은 인간 유도 만능 줄기 세포(iPSCs)에서 최초의 고도로 성숙한 뉴런을 생성했으며, 이는 신경 퇴행성 질환 및 외상성 부상에 대한 의학 연구 및 잠재적 이식 요법에 대한 새로운 기회를 여는 위업입니다.

노스웨스턴 대학교(Northwestern University)가 이끄는 연구원들은 인간 유도 만능 줄기 세포(iPSCs)에서 최초의 고도로 성숙한 뉴런을 생성했으며, 이는 신경 퇴행성 질환 및 외상성 부상에 대한 의학 연구 및 잠재적 이식 요법에 대한 새로운 기회를 여는 업적입니다.

이전 연구자들은 줄기 세포를 뉴런으로 분화시켰지만, 그 뉴런은 기능적으로 미성숙하여 배아 또는 출생 후 초기 단계의 뉴런과 유사했습니다. 현재의 줄기 세포 배양 기술로 얻은 제한된 성숙은 신경변성 연구에 대한 잠재력을 감소시킵니다.

이 연구는 Cell Stem Cell 저널에 1월 12일 게재될 예정입니다 .

성숙한 뉴런을 만들기 위해 팀은 작년에 노스웨스턴대 교수인 Samuel I. Stupp이 도입한 획기적인 기술인 "춤추는 분자"를 사용했습니다. 팀은 먼저 인간 iPSC를 운동 및 피질 뉴런으로 구분한 다음 빠르게 움직이는 춤추는 분자를 포함하는 합성 나노섬유 코팅 위에 배치했습니다.

강화된 뉴런은 더 성숙했을 뿐만 아니라 향상된 신호 전달 기능과 뉴런이 서로 시냅스 접촉하는 데 필요한 더 큰 분기 능력을 보여주었습니다. 그리고 함께 뭉치는 경향이 있는 일반적인 줄기 세포 유래 뉴런과 달리, 이 뉴런은 응집되지 않아 유지하기가 덜 어렵습니다.

연구원들은 추가 개발을 통해 이러한 성숙한 뉴런이 근위축성 측삭 경화증(ALS), 파킨슨병, 알츠하이머병 또는 다발성 경화증을 포함한 신경퇴행성 질환뿐만 아니라 척수 손상에 대한 유망한 치료법으로 환자에게 이식될 수 있다고 믿고 있습니다.

성숙한 뉴런은 또한 배양 접시 기반 체외 모델에서 ALS 및 기타 연령 관련 질병과 같은 신경퇴행성 질병을 연구할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다. 세포 배양에서 뉴런의 나이를 앞당김으로써 연구자들은 후기 발병 질병을 더 잘 이해하기 위한 실험을 개선할 수 있습니다.

이 연구의 공동 교신 저자인 노스웨스턴의 에반젤로스 키스키니스(Evangelos Kiskinis)는 "우리가 인간 iPSC에서 파생된 뉴런을 합성 매트릭스에 도금하여 고급 기능적 성숙을 촉발할 수 있었던 것은 이번이 처음입니다. "연구자들이 정제된 뉴런 집단을 사용해야 하는 많은 응용 프로그램이 있기 때문에 중요합니다. 대부분의 줄기 세포 기반 연구실에서는 인간 줄기 세포 유래 뉴런과 공동 배양된 마우스 또는 쥐 뉴런을 사용합니다. 그러나 과학자들이 무슨 일이 일어나는지 조사할 수는 없습니다. 결국 쥐와 인간 세포의 혼합물로 작업하게 되기 때문입니다."

연구의 공동 교신 저자인 Stupp는 "iPSC가 뉴런으로 변할 수 있다면 젊은 뉴런이 될 것"이라고 말했습니다. "하지만 치료적 의미에서 유용하려면 성숙한 뉴런이 필요합니다. 그렇지 않으면 성인 인간이 필요한 기능을 아기에게 수행하도록 요구하는 것과 같습니다. 우리의 나노 섬유로 코팅된 뉴런을 확인했습니다. 다른 방법보다 더 성숙하고 성숙한 뉴런은 뉴런 기능의 기본인 시냅스 연결을 더 잘 설정할 수 있습니다."

Kiskinis는 Northwestern University Feinberg 의과대학의 신경학 및 신경과학 조교수, 뉴욕 줄기 세포 재단-Robertson 조사관 및 Les Turner ALS 센터의 핵심 교수진입니다. Stupp은 Northwestern의 재료 과학 및 공학, 화학, 의학 및 생물 의학 공학 교수이며 Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology(SQI) 및 제휴 연구 센터인 Center for Regenerative Nanomedicine의 창립 이사입니다. Stupp은 McCormick 공과대학, Weinberg 예술과학대학 및 Feinberg 의과대학에서 근무하고 있습니다.

동기화된 '춤' 능력

성숙한 뉴런을 개발하기 위해 연구원들은 Stupp의 연구실에서 급성 척수 손상에 대한 잠재적 치료제로 개발한 물질인 "춤추는 분자"로 구성된 나노섬유를 사용했습니다. Science 저널에 발표된 이전 연구에서 Stupp은 분자의 움직임을 조정하여 지속적으로 움직이는 세포 수용체를 찾아 적절하게 결합할 수 있는 방법을 발견했습니다. 생물학적 분자의 움직임을 모방함으로써 합성 물질은 세포와 통신할 수 있습니다.

Stupp 연구의 핵심 혁신은 나노섬유 내에서 100,000개 이상의 분자의 집단 운동을 제어하는 ​​방법을 발견한 것입니다. 인체의 세포 수용체는 빠른 속도(때로는 밀리초 단위)로 움직일 수 있기 때문에 움직이는 표적을 맞추기가 어렵습니다.

"1초를 1,000개의 기간으로 나눈다고 상상해 보십시오." Stupp이 말했습니다. "그것이 수용체가 얼마나 빨리 움직일 수 있는지입니다. 이 시간 척도는 너무 빨라서 파악하기 어렵습니다."

새로운 연구에서 Stupp와 Kiskinis는 가장 움직임이 많은 분자를 포함하도록 조정된 나노섬유가 가장 강화된 뉴런을 생성한다는 사실을 발견했습니다. 즉, 보다 역동적인 코팅(기본적으로 많은 나노섬유로 구성된 스캐폴드)에서 배양된 뉴런은 가장 성숙하고 응집 가능성이 가장 적으며 더 강력한 신호 기능을 가진 뉴런이기도 합니다.

"우리가 이것이 효과가 있다고 생각하는 이유는 수용체가 세포막에서 매우 빠르게 움직이고 발판의 신호 분자도 매우 빠르게 움직이기 때문입니다."라고 Stupp은 말했습니다. "그들은 동기화될 가능성이 더 높습니다. 두 명의 댄서가 동기화되지 않으면 페어링이 작동하지 않습니다. 수용체는 매우 특정한 공간적 만남을 통해 신호에 의해 활성화됩니다. 빠르게 움직이는 분자가 수용체를 향상시킬 수도 있습니다. 이동하여 신호에 도움이 되도록 클러스터링하는 데 도움이 됩니다."

ALS 시그니처가 있는 뉴런은 질병에 대한 새로운 창을 제공합니다.

Stupp와 Kiskinis는 성숙한 뉴런이 노화 관련 질병에 대한 통찰력을 제공하고 세포 배양에서 다양한 약물 요법을 테스트하기 위한 더 나은 후보가 될 것이라고 믿습니다. 연구자들은 춤추는 분자를 사용하여 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 오래된 인간 뉴런을 발전시켜 과학자들이 신경퇴행성 질환의 발병을 연구할 수 있도록 했습니다.

연구의 일환으로 Kiskinis와 그의 팀은 ALS 환자의 피부 세포를 가져와 환자별 iPSC로 전환했습니다. 그런 다음, 그들은 이 줄기 세포를 이 신경 퇴행성 질환에 시달리는 세포 유형인 운동 뉴런으로 분화했습니다. 마지막으로 연구원들은 ALS 시그니처를 추가로 개발하기 위해 새로운 합성 코팅 재료에서 뉴런을 배양했습니다. 이것은 Kiskinis에게 ALS에 대한 새로운 창을 제공했을 뿐만 아니라 이러한 "ALS 뉴런"은 잠재적인 치료법을 테스트하는 데 사용될 수도 있습니다.

"처음으로 우리는 줄기 세포 유래 ALS 환자 운동 뉴런에서 성인 발병 신경 단백질 응집을 볼 수 있었습니다. 이것은 우리에게 돌파구를 나타냅니다."라고 Kiskinis는 말했습니다. "집합이 어떻게 질병을 촉발하는지 불분명합니다. 우리가 처음으로 알아내고자 하는 것입니다."

척수 손상, 신경 퇴행성 질환에 대한 미래 치료에 대한 희망

더 나아가 iPSC에서 파생된 성숙하고 강화된 뉴런은 척수 손상이나 신경퇴행성 질환이 있는 환자에게도 이식될 수 있습니다. 예를 들어, 의사는 ALS 또는 파킨슨병 환자의 피부 세포를 채취하여 iPSC로 전환한 다음 코팅에서 해당 세포를 배양하여 건강하고 기능이 뛰어난 뉴런을 만들 수 있습니다.

건강한 뉴런을 환자에게 이식하면 손상되거나 손실된 뉴런을 대체할 수 있어 잠재적으로 손실된 인지 또는 감각을 회복할 수 있습니다. 그리고 초기 세포는 환자에게서 나왔기 때문에 iPSC에서 파생된 새로운 뉴런은 유전적으로 환자와 일치하여 거부 가능성을 제거합니다.

"세포 대체 요법은 ALS와 같은 질병에 매우 어려울 수 있습니다. 척수에 이식된 운동 뉴런은 긴 축삭을 말초의 적절한 근육 부위로 투사해야 하지만 파킨슨병에는 더 간단할 수 있기 때문입니다."라고 Kiskinis는 말했습니다. "어느 쪽이든 이 기술은 혁신적일 것입니다."

"환자에게서 세포를 채취하여 줄기 세포로 변형시킨 다음 다른 유형의 세포로 분화하는 것이 가능합니다."라고 Stupp은 말했습니다. "그러나 이러한 세포의 수율은 낮은 경향이 있으며 적절한 성숙을 달성하는 것이 큰 문제입니다. 면역 거부 반응 없이 세포 이식 요법을 위해 환자 유래 뉴런의 대규모 제조에 코팅을 통합할 수 있습니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/