[发明专利]用于产生人少突胶质细胞和研究体外髓鞘形成的个性化3D神经培养系统

说明书

使人多能干细胞在体外分化为包含少突胶质细胞的少突球状体，以用于分析、筛选程序等。

联邦政府资助的研发

本发明是根据由美国国立卫生研究院授予的授权号MH107800在美国政府支持下完成的。政府享有本发明的某些权利。

背景技术

理解人中枢神经系统的复杂发育以及阐明患者的神经和精神障碍的机制的进展极大地受限于对功能性人脑组织的限制接触。尽管对啮齿动物和其他哺乳动物的研究为神经发育的基本原理提供了重要的见解，但是我们对负责灵长类动物前脑大规模扩张的细胞和分子过程知之甚少，对其许多人类特定的特征也知之甚少。近年来，随着细胞重编程的引入，本领域实现了范式转变，所述细胞重编程是在此期间终末分化的体细胞可以转化为多能干细胞(称为人诱导多能干细胞(hiPSC))的过程。这些hiPSC可以从任何个体产生，并且重要的是，可以定向用于在体外分化为所有胚层衍生物，包括神经细胞。

尽管产生hiPSC的方法和效率跨实验室已经得到了显著改善和标准化，但是用于衍生特定神经和神经胶质细胞类型的方法仍具有挑战性。在过去的十年里，单层多能干细胞的神经特化和分化方案的改善导致了多种细胞类型的产生。然而，二维(2D)方法不太可能重演正在发育的三维(3D)神经系统的细胞结构或体内神经网络和回路的复杂性和功能性。此外，这些方法费力且昂贵，效率有限并且产生相对不成熟的神经元。

少突胶质细胞是中枢神经系统中的在脑功能中起关键作用的神经胶质细胞。少突胶质细胞扩展了用绝缘层包裹神经元轴突的过程，从而允许神经元之间的信号传输更加迅速。少突胶质细胞还通过向神经元提供营养因子和通过缓冲细胞外环境来发挥支持作用。髓鞘形成的丧失可能导致神经元死亡和神经功能受损。因此，许多人类疾病与髓鞘形成的丧失或减少有关，如多发性硬化症或消失的脑白质病。

对健康和疾病时髓鞘形成的研究受限于适当模型的可得性。啮齿动物通常用作研究人类生物学各个方面的替代物；然而，人脑的髓鞘形成比啮齿动物的脑广泛得多。另外，来自人类患者的健康脑样品的有限可得性排除了广泛研究人脑中髓鞘形成的可能性。近年来，已经尝试从人胚胎和诱导多能干细胞(hESC、hiPSC)产生少突胶质祖细胞(OPC)和少突胶质细胞，用于研究体外髓鞘形成。

hESC和hiPSC衍生的髓鞘形成模型不仅对于研究正常和疾病条件下少突胶质细胞发育和髓鞘形成的过程至关重要，而且还可以用于药物筛选。这些模型既可以用于筛选校正与某些疾病状态相关的特定异常的化合物，又可以在人体暴露之前测试新的治疗性化合物和化学物质的毒性。特别地，在神经毒性领域，对于人类细胞仍然缺乏能够评估神经元或神经胶质功能受损的测定。

因此，研发重演高度功能性人体组织(包括神经元的髓鞘形成)的体外筛选平台具有极为重要的意义。

出版物。将灵长类动物分化的体细胞重编程为多能状态的方法包括分化的体细胞核转移、分化的体细胞与多能干细胞融合以及直接重编程以产生诱导多能干细胞(iPS细胞)(Takahashi K等人(2007)Cell 131:861-872；Park IH等人(2008)Nature 451:141-146；Yu J等人(2007)Science 318:1917-1920；Kim D等人(2009)Cell Stem Cell 4:472-476；Soldner F等人(2009)Cell.136:964-977；Huangfu D等人(2008)NatureBiotechnology 26:1269-1275；Li W等人(2009)Cell Stem Cell 4:16-19)。

发明内容