CNS Myelination Co-Culture Microsystem for Axon-Gila Signaling

用于 Axon-Gila 信号传导的 CNS 髓鞘共培养微系统

基本信息

  • 批准号:
    7742676
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-01-01 至 2011-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Myelin produced by oligodendrocytes is essential for brain development and function. Dysfunction of oligodendrocytes and myelin is now thought to contribute to many neurological deficits associated with multiple sclerosis, schizophrenia, depression and Alzheimer's disease. However, the signals between myelinating oligodendrocytes and their underlying axons that control the myelination process remain largely unknown. This is in part due to lack of efficient in vitro myelination models that recapture key events of myelinating axons by oligodendrocytes in the central nervous system (CNS). The long-term goal of our research is to develop and utilize microsystems toward understanding the molecular and cellular basis of CNS myelination/demyelination and to develop strategies that promote myelin repair after injury. The purpose of this proposal is to develop and implement a novel in vitro CNS myelination system that enables precise control over various signaling factors in myelinogenesis aimed at uncovering the molecular basis of myelination and promoting myelin repair. Through an innovative and multidisciplinary approach, we have recently developed a novel compartmentalized myelination co-culture microsystem where axons from cortical neurons are guided to grow away from cell bodies into a fluidically isolated microenvironment where they interact with and are ensheathed by oligodendrocytes. In this proposal, we will further develop our preliminary microdevice into a novel in vitro CNS myelination microsystem that can accurately control the positions and densities of multiple cell types with single cell resolution, can apply localized chemical stimuli with precise spatial and temporal resolution, and can apply localized electrical stimuli, all at high throughput. We will first characterize myelinogenesis in the myelination microsystem. We will visualize the myelination process and examine specifically the role of cell to cell interactions, growth and inhibition factors, electrical stimulation mimicking neuronal activity in regulating the development of myelinating oligodendrocytes. Axonal neuregulin-1 determines the onset and the extent of myelination in the peripheral nervous system, but its role in CNS myelination is not clear. Therefore, we will specifically determine the role of neuregulin-1 and members of ciliary neurotrophic factor family in regulating the development of myelinating- oligodendrocytes. Finally, the integrated multielectrode arrays will be used to selectively stimulate neurons and study the effect of axonal firing on myelinogenesis. These studies should provide important new insights into the mechanisms responsible for CNS axon myelination as well as a powerful CNS myelination model system that can be exploited for myelin researches and drug development and testing. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Upon completion of this proposal, we hope to establish a novel model for studying myelination, a process essential to brain functions, and to uncover signals that promote myelination and thus facilitate myelin repair in demyelinating diseases. The unique feature of our cell culture microsystem also allows it to be used for screening and testing drugs for neurological diseases associated with myelin dysfunction such as multiple sclerosis, Alzheimer's disease and schizophrenia.
描述(由申请人提供):少突胶质细胞产生的髓磷脂对于大脑发育和功能至关重要。 现在认为少突胶质细胞和髓鞘质的功能障碍会导致与多发性硬化症、精神分裂症、抑郁症和阿尔茨海默病相关的许多神经功能缺陷。 然而,髓鞘化少突胶质细胞与其控制髓鞘化过程的潜在轴突之间的信号仍然很大程度上未知。 这部分是由于缺乏有效的体外髓鞘形成模型来重现中枢神经系统(CNS)少突胶质细胞髓鞘形成轴突的关键事件。 我们研究的长期目标是开发和利用微系统来了解中枢神经系统髓鞘形成/脱髓鞘的分子和细胞基础,并制定促进损伤后髓鞘修复的策略。 该提案的目的是开发和实施一种新型体外中枢神经系统髓鞘形成系统,该系统能够精确控制髓鞘形成中的各种信号因子,旨在揭示髓鞘形成的分子基础并促进髓鞘修复。 通过创新和多学科的方法,我们最近开发了一种新型的区室化髓鞘共培养微系统,其中皮层神经元的轴突被引导远离细胞体生长到流体隔离的微环境中,在微环境中它们与少突胶质细胞相互作用并被少突胶质细胞包裹。 在本提案中,我们将进一步将我们的初步微装置开发成一种新型体外中枢神经系统髓鞘形成微系统,该系统可以以单细胞分辨率精确控制多种细胞类型的位置和密度,可以以精确的空间和时间分辨率施加局部化学刺激,并且可以以高通量施加局部电刺激。 我们将首先描述髓鞘形成微系统中的髓鞘形成。 我们将可视化髓鞘形成过程,并具体检查细胞间相互作用、生长和抑制因子、模拟神经元活动的电刺激在调节髓鞘少突胶质细胞发育中的作用。 轴突神经调节蛋白-1决定周围神经系统髓鞘形成的开始和程度,但其在中枢神经系统髓鞘形成中的作用尚不清楚。 因此,我们将具体确定neuregulin-1和睫状神经营养因子家族成员在调节髓鞘少突胶质细胞发育中的作用。 最后,集成的多电极阵列将用于选择性刺激神经元并研究轴突放电对髓鞘形成的影响。 这些研究应该为中枢神经系统轴突髓鞘形成的机制以及可用于髓鞘研究和药物开发和测试的强大中枢神经系统髓鞘形成模型系统提供重要的新见解。 公共健康相关性:完成本提案后,我们希望建立一种新模型来研究髓鞘形成(大脑功能至关重要的过程),并发现促进髓鞘形成的信号,从而促进脱髓鞘疾病中的髓鞘修复。 我们的细胞培养微系统的独特功能还使其可用于筛选和测试与髓磷脂功能障碍相关的神经系统疾病(如多发性硬化症、阿尔茨海默病和精神分裂症)的药物。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Microfluidic compartmentalized co-culture platform for CNS axon myelination research.
用于中枢神经系统轴突髓鞘化研究的微流控分区共培养平台。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Park, Jaewon;Koito, Hisami;Li, Jianrong;Han, Arum
  • 通讯作者:
    Han, Arum
Micro-macro hybrid soft-lithography master (MMHSM) fabrication for lab-on-a-chip applications.
适用于芯片实验室应用的微宏观混合软光刻母版 (MMHSM) 制造。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Park, Jaewon;Li, Jianrong;Han, Arum
  • 通讯作者:
    Han, Arum
A multi-compartment CNS neuron-glia Co-culture microfluidic platform.
多室中枢神经系统神经元-胶质细胞共培养微流体平台。
Micropatterning of poly(dimethylsiloxane) using a photoresist lift-off technique for selective electrical insulation of microelectrode arrays.
使用光刻胶剥离技术对聚(二甲基硅氧烷)进行微图案化,以实现微电极阵列的选择性电绝缘。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009-05-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Park, Jaewon;Kim, Hyun Soo;Han, Arum
  • 通讯作者:
    Han, Arum
A Microchip for High-throughput Axon Growth Drug Screening.
用于高通量轴突生长药物筛选的微芯片。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Kim, Hyun Soo;Jeong, Sehoon;Koo, Chiwan;Han, Arum;Park, Jaewon
  • 通讯作者:
    Park, Jaewon
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