脳におけるペリサイトの役割を理解する
この記事では、ペリサイトが脳の健康と炎症にどんな影響を与えるかを探るよ。
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脳には血管の近くにある特別な細胞、ペリサイトっていうのがあって、これが血液脳関門を維持するのに大事な役割を果たしてるんだ。この関門は有害な物質が脳に入るのを防いでくれる。最近、科学者たちはペリサイトが脳の炎症にどう関わってるかを理解し始めていて、これがいろんな病気につながる可能性があるってわかってきたんだ。
でも、これらの細胞を研究するのは難しいんだよね。なぜなら、実験室で簡単に増やせないから。研究者たちは動物モデルを使ってペリサイトを調べることが多いけど、動物と人間の細胞には違いがあって、結果に影響を与えることがあるんだ。ペリサイトがどう働くかをもっとよく理解するために、研究者たちは実験室でこれらの細胞を作る新しい方法を模索してる。
ペリサイトって?
ペリサイトは脳の血管の外側にある小さな細胞で、血管をサポートして血流を調整する手助けをしてる。炎症があると、ペリサイトは行動を変えたり、他の脳の細胞に影響を与える信号分子を作り出したりするんだ。
研究者たちは成体のペリサイトが特定の炎症の信号に反応することを発見したけど、脳からこれらの細胞を直接研究するのは難しい。だから、科学者たちはペリサイトを研究するための代替手段を探してるんだ。
プライマリ細胞培養
従来、研究者たちは寄付された組織から得られたヒトのペリサイトのプライマリ培養に頼ってた。でも、この方法は限られてて、実験室での細胞の寿命も短い。だから、研究用にペリサイトに似た細胞を作るための代替手段が必要なんだ。
一つの有望な代替手段は、皮膚や血液細胞から作られる誘導多能性幹細胞(IPSC)を使うことで、iPSCは実験室で無限に分裂できて、ペリサイトを含むさまざまな種類の細胞に変わることができる。
iPSC由来のペリサイトの課題
iPSCはペリサイト研究に素晴らしい可能性を提供するけど、研究者たちはiPSC由来の細胞が成体のペリサイトのように完全に振る舞わないことがあるとわかった。iPSCがペリサイトのような細胞に変身するとき、幹細胞の起源の特徴を持っていて、炎症に対する反応が違う可能性があるんだ。
さらに、iPSCからペリサイトを生成するためのプロトコルは、同じ種類の細胞を生み出さないこともある。この不一致は実験の結果に信頼性を欠くことにつながる。
ペリサイトのような細胞を作る
iPSCからペリサイトのような細胞を作るために、研究者たちは通常、特定の化学信号を使って細胞をいくつかの発達段階に導くんだ。このプロセスは、幹細胞が正しく分化するために慎重なタイミングと成長因子の適切な組み合わせが必要なんだ。
数週間細胞を培養した後、科学者たちはペリサイトのような細胞を分離して調べることができる。研究者たちは、その細胞が本当にペリサイトであることを示す特徴を評価するんだ。
iPSC由来のペリサイトの特性を調べる
研究者たちがペリサイトのような細胞を生成したら、これらの細胞が典型的な成体ペリサイトの特性を持っているか確認する必要がある。これは、典型的なマーカーを探したり、これらの細胞が炎症にどう反応するかを観察したりすることで行うんだ。
いくつかの研究では、iPSC由来のペリサイトがヒト組織から得られたものと比較して異なるプロファイルを示していることがわかった。つまり、iPSC由来の細胞にはペリサイトのような特性があるけど、プライマリペリサイトで見られる反応を完全に再現できてないかもしれないってこと。
炎症反応
ペリサイトは炎症信号に反応することで知られている。この反応は、脳がけがや病気のときにどう反応するかに大きな役割を果たすんだ。IL-1βやTNFといった炎症因子をペリサイトのような細胞に適用することで、研究者はどれだけ反応するかを測定できる。
テストでは、iPSC由来のペリサイトとプライマリヒトペリサイトの両方が、これらの炎症信号にさらされるとシグナル経路が活性化されることがわかった。でも、反応の程度は両者で大きく異なることが多いんだ。
炎症信号への反応を比較する
ペリサイトの炎症信号への反応は、脳の健康や病気における役割を理解するのに重要なんだ。プライマリヒトペリサイトが炎症因子で刺激されると、他の免疫細胞をけがの部位に引き寄せるさまざまなシグナル分子を生産する傾向がある。
その一方で、iPSC由来のペリサイトは同じ勢いで反応しなかったり、同じ組み合わせのシグナル分子を生産しなかったりするかもしれない。この一貫性の欠如は、ヒトの脳の病気を研究するモデルとしての適切性に疑問を投げかける。
貪食活性
ペリサイトのもう一つの重要な機能は、脳内のゴミや有害物質を取り込み消化する能力なんだ。このプロセスは貪食と呼ばれていて、脳の健康を維持するのに欠かせない。
研究によると、iPSC由来のペリサイトはプライマリヒトペリサイトと比べて貪食能力が高い可能性があるんだ。これは、iPSC由来の細胞が特定の状況下でゴミを片付けるのがより効果的かもしれないことを示唆してるけど、実際の脳内の条件ではどうなのかはまだ不明なんだ。
iPSC由来のペリサイトを使う際の限界
iPSC由来のペリサイトには素晴らしい可能性があるけど、顕著な限界もあるんだ。細胞のバッチごとの変動が結果の不一致を引き起こすことがある。それに、これらの細胞の成熟が時間とともに様々な刺激への反応に影響を与える可能性もある。
さらに、ペリサイトを生成するための多くのプロトコルは、異なる研究室で同じ成功をもたらすわけではないんだ。これが結果の比較や発見の再現を制限する可能性があって、これは科学研究の基本的な部分なんだ。
新しいモデルの必要性
脳のペリサイトを研究するための現在のモデルは、iPSC由来のペリサイトとヒト組織から得られたペリサイトの間に大きな違いがあることを示したんだ。研究者たちは、実験室で研究される細胞が成体の脳ペリサイトをよく模倣するように、改良されたプロトコルやより明確な特性の定義を求めている。
iPSC研究の分野が進む中で、脳の健康や病気におけるペリサイトの役割を研究するための確かなモデルを開発し続けることが重要なんだ。これは、分化プロトコルを洗練させたり、脳ペリサイトをよりよく定義する新しいマーカーを発見することを含むかもしれない。
結論
まとめると、ペリサイトは血管をサポートし、脳の炎症に反応するうえで重要な役割を果たしてる。iPSC由来のペリサイトは研究のための有望なツールだけど、現状では成体ペリサイトの行動を再現するのに課題があるんだ。分化プロトコルの最適化やペリサイト生物学の理解を深めるための継続的な努力が、神経疾患を研究する際の応用を改善するために必要なんだ。
研究者たちは、iPSC由来のモデルからの結果を解釈する際に慎重になる必要がある。なぜなら、これらはプライマリヒト細胞に基づく発見とは大きく異なる可能性があるから。でも、調査を続けて技術を洗練させれば、iPSC由来のペリサイトは脳の機能や病理を理解するための進展をもたらす可能性があるんだ。
タイトル: Human iPSC-derived brain pericytes exhibit differences in inflammatory activation compared to primary human brain pericytes
概要: BackgroundiPSC-derived cells are increasingly used to model complex diseases in vitro because they can be patient derived and can differentiate into any cell in the adult human body. Recent studies have demonstrated the generation of brain pericytes using a neural crest-based differentiation protocol. However, the inflammatory response of these iPSC-derived brain pericytes has not been investigated. We aimed to investigate the response of iPSC-derived brain pericytes to common inflammatory stimuli, thereby assessing the suitability of these cells to study inflammatory disease. MethodsBrain pericytes were differentiated from iPSCs for 42 days. The expression of brain pericyte markers was assessed by RT-qPCR and immunofluorescent staining at days 0, 15, 21, and 42 of differentiation to validate the brain pericyte-like phenotype. Nuclear localisation of NF{kappa}B and STAT1 was assessed by immunofluorescence following IL-1{beta}- and TNF-treatment in day 21 and day 42 iPSC-derived pericytes, and primary human pericytes. Cytometric bead array assessed the concentration of secreted inflammatory factors in the cell medium and phagocytosis was investigated using fluorescent carboxylated beads and flow cytometry. ResultsAt day 42 of differentiation, but not at day 21, cells expressed brain pericyte markers. Generally, iPSC-derived pericytes lacked consistent responses to inflammatory treatment compared to primary human pericytes. Day 21 and 42 iPSC-derived pericytes exhibited a NF{kappa}B response to IL-1{beta} treatment comparable to primary human pericytes. Day 21 iPSC-derived pericytes exhibited a STAT1 response with IL-1{beta} treatment which was absent in day 42 cells, but present in a subset of primary human pericytes. TNF treatment presented similar NF{kappa}B responses between day 21 and 42 iPSC-derived and primary human pericytes, but a STAT1 response was again present in a subset of primary human pericytes which was absent in both day 21 and day 42 iPSC-derived pericytes. Numerous differences were observed in the secretion of cytokines and chemokines following treatment of iPSC-derived and primary human pericytes with IL-1{beta} and TNF. iPSC-derived pericytes exhibited greater rates of phagocytosis than primary human pericytes. ConclusionsWith the increase in iPSC-derived cells in research, labs should undertake validation of lineage specificity when adapting an iPSC-derived differentiation protocol. In our hands, the inflammatory response of iPSC-derived pericytes was different to that of primary human pericytes, raising concern regarding the use of iPSC-derived pericytes to study neuroinflammatory disease. Graphical Abstract O_FIG O_LINKSMALLFIG WIDTH=200 HEIGHT=157 SRC="FIGDIR/small/613375v1_ufig1.gif" ALT="Figure 1"> View larger version (29K): [email protected]@1014537org.highwire.dtl.DTLVardef@6729adorg.highwire.dtl.DTLVardef@e14825_HPS_FORMAT_FIGEXP M_FIG C_FIG Brain pericytes can be generated from iPSCs. The work presented here shows the generation of phenotypically distinct pericytes from the original protocol, demonstrating the significant variability present within some iPSC differentiation protocols. Furthermore, functional differences are demonstrated between iPSC-derived brain pericytes and primary brain pericytes, revealing limitations in the use of iPSC-derived brain pericytes to model brain pericyte biology. Key PointsO_ST_ABSWhat is already known about this topic?C_ST_ABSBrain pericyte-like cells can be generated from induced pluripotent stem cells, however their responses to inflammatory stimuli has not been assessed. What does this study add?iPSC-derived brain pericytes exhibit different inflammatory responses compared to primary brain pericytes, showing that some iPSC-derived cell models are not appropriate for modelling all aspects of a cells biology. Furthermore, the iPSC-derived pericytes generated here were markedly different to those generated from the original article. It is therefore important for each lab to optimise the generation of iPSC-derived cell in their own hands to account for potential inter-lab variability.
著者: Samuel McCullough, E. Albers, A. Anchan, J. Yu, S. J. O'Carroll, B. Connor, S. Graham
最終更新: 2024-09-17 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.16.613375
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.16.613375.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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