ALS 运动单位芯片的光刺激与药物功能比较
以光刺激后的肌肉收缩检验神经—肌肉功能，比较单药、联用及内皮给药条件。
用途与模型
- 研究用途
- 评价候选处理对 ALS 神经—肌肉连接和短期功能的影响。
- 模型与细胞来源
- 一位 ALS 患者 iPSC 运动神经元与 H9 胚胎干细胞神经元参照，分别连接正常人 iPSC 骨骼肌束；内皮条件加入正常人 iPSC 内皮细胞。
- 方法版本
- 2018 年患者神经元、正常肌束与可选内皮层版本
- 实验形式
- PDMS 三隔室芯片，每芯片 4 个培养单元；肌束固定在柔性支柱，神经球状体伸出神经突与肌肉连接。
材料与平台
- 组织组装
- 肌细胞以 2.4 mg/ml 胶原及 10% Matrigel 组装；肌肉分化 13 天后加入预分化神经球状体，共培养约 7 天形成连接。
- 直接给药
- 共培养第 4 天加入 200 nM 雷帕霉素、100 μM 博舒替尼或联用；第 7、14 天记录功能。
- 光刺激与录像
- 运动神经元表达 ChR2H134R；光刺激录像追踪支柱偏转，计算收缩力及触发成功。
- 内皮给药
- 内皮细胞铺在神经侧胶原层，20 μM 维甲酸诱导；共培养第 7 天从内皮侧加入药物，40 kDa 葡聚糖评估屏障。
测量指标与分析
- 光刺激诱发肌肉收缩力
- 光刺激后肌肉收缩是否成功
- 神经突长度与连接形态
- 肌束 caspase-3／7 阳性信号
- 自噬相关基因与 TDP-43 表达
- 内皮葡聚糖通透和 P-糖蛋白
录像追踪支柱位移并换算收缩力，分别比较神经和肌肉组织的表达及染色指标；直接用药和经内皮给药分别分析。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- ALS 与胚胎干细胞神经参照连接相同正常肌肉，比较溶剂、单药、联用；另设置经内皮层给药。
- 测试范围
- ALS 神经细胞来自 1 位供者；图 5 收缩力每组 4 个实验样本，肌肉 caspase 检测每组 2 个。
- 参照体系
- H9 神经参照、各单药、无用药、无内皮屏障条件。
- 研究结果
- 第 14 天雷帕霉素与联用减轻收缩力下降，并减少肌束 caspase 阳性信号和光触发失败。经内皮给药时单药作用减弱，联用优于单药。
适用条件与研究局限
- 神经元、肌肉和内皮来自不同来源，神经参照不是同背景 iPSC。
- 共培养包含培养基及内皮条件变化，检测为短期体外功能。
- 神经元成熟、施旺细胞及微血管还需后续完善。
来源与原文
- Microphysiological 3D model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) from human iPS-derived muscle cells and optogenetic motor neurons原始研究 · Science Advances · 2018-10-10