Phenotypic analyses of Alzheimer's disease using hiPSC-derived 2D/3D culture models

使用 hiPSC 衍生的 2D/3D 培养模型对阿尔茨海默病进行表型分析

• 批准号: 22KJ2669
• 负责人: SUPAKUL SOPAK
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2669/
• 关键词: アルツハイマー病; iPS細胞; 神経細胞; アストロサイト; 共培養系; 脳オルガノイド; 性差; 性ホルモン; アルツハイマー病; iPS細胞; 神経細胞; アストロサイト; 共培養系; 脳オルガノイド; 性差; 性ホルモン

本研究は、新規iPS細胞株の樹立、様々なアルツハイマー病（AD）患者由来 in vitro 細胞モデルの確立（単培養系（神経細胞のみ）・共培養系（神経細胞とアストロサイト）・3次元培養系脳オルガノイド）、及び性ホルモン効果の検証を行っている。2022年度は新規樹立した細胞株の中、複数のSNPが認められた症例からiPS株（KEIOi005-A iPSC line）を解析し、論文として発表している（Supakul et al. Stem Cell Research. 2022）。AD様 in vitro モデルの確立に関して、新規誘導法を用いた神経細胞の単培養では、AD患者由来モデルが健常者由来モデルと比べ、分泌アミロイドβ（Aβ）の上昇が認められた。また、神経細胞とアストロサイトの共培養系も開発しており、共培養系は神経細胞では細胞活動・突起の複雑さが上昇し、電子顕微鏡による観察では、シナプス前部におけるシナプス小胞数が増加した。アストロサイトでは、プロセスの複雑さ・GFAP陽性細胞の割合が増加し、共培養系では、単一培養系より各種細胞における成熟な細胞の特徴を得られた。さらに、家族性アルツハイマー病患者由来iPS細胞（APP V717L株）の共培養系では、健常者由来iPS細胞（201B7株）の共培養系と比べ、AD病態のアストログリオーシス様表現型及びアストロサイトの肥大化を観察できた。性ホルモン効果の評価に関して、17β-エストラジオール（E2）投与の急性効果（15分後）として、Ca2+イメージングにおける、神経活動性の上昇を認めた。E2の慢性効果（4日後）としても神経突起伸長及び分岐促進を認めた。さらに、上記の共培養系においては、アストログリオーシスを緩和する効果も認められた。今後は、作製した家族性及び孤発性AD患者由来脳オルガノイドモデルのAD表現型様の解析・性ホルモン投与後の効果の検討を進める予定である。

这项研究建立了新型的IPS细胞系，建立了源自各种阿尔茨海默氏病（AD）患者（单培养系统（仅神经元细胞），共培养系统（神经元细胞和星形胶质细胞）和3D培养的脑体有机物）的体外细胞模型，并具有验证性激素。在2022财年中，从新建立的细胞系中观察到多个SNP并作为论文发表的情况（Supakul等人，Stem CellResearch。2022），分析了IPS菌株（KEIOI005-A IPSC系）。关于建立类似AD的体外模型，使用一种新型诱导方法在神经元的单个培养物中，与健康衍生的模型相比，AD患者衍生的模型显示出分泌的淀粉样β（Aβ）的分泌淀粉样β（Aβ）的增加。我们还开发了一种神经元和星形胶质细胞的共培养系统，并且在共培养系统中，细胞活性和神经元的突起的复杂性有所增加，电子显微镜观察结果显示出突触前区域突触囊泡的数量增加。在星形胶质细胞中，该过程的复杂性和GFAP阳性细胞的比例增加，在共培养系统中，从单个培养系统获得了各种细胞中成熟细胞的特征。此外，在源自家族性阿尔茨海默氏病患者的IPS细胞的共培养系统中，与来自健康个体的IPS细胞相比，观察到了AD病理学的类似于AD病理学的类似星形胶质症样表型和星形胶质细胞的增大（菌株）。关于性激素效应的评估，观察到Ca2+成像中神经活性的增加是17β-雌二醇（E2）的急性作用（15分钟）。 E2（4天后）的慢性作用也显示出神经突生长和分歧的促进。此外，上述共培养系统还表现出减轻星形胶质细胞增多的作用。将来，我们计划分析源自家族和零星AD患者的AD表型样脑器官模型，并研究给药性激素后的影响。