Modello di giunzione neuromuscolare sviluppato utilizzando cellule staminali pluripotenti / Neuromuscular Junction Model Developed Using Pluripotent Stem Cells
Modello di giunzione neuromuscolare sviluppato utilizzando cellule staminali pluripotenti / Neuromuscular Junction Model Developed Using Pluripotent Stem Cells
Le malattie neuromuscolari sono causate da problemi nel modo in cui interagiscono le cellule muscolari, i motoneuroni e le cellule periferiche. I ricercatori del Centro Max Delbrück di medicina molecolare dell’Associazione Helmholtz hanno cercato di creare modelli di colture cellulari specifici per l’uomo per trovare terapie efficaci per le malattie neuromuscolari e studiare come i motoneuroni nel midollo spinale interagiscono con le cellule muscolari. I ricercatori riferiscono di aver sviluppato un modello di giunzione neuromuscolare auto-organizzante utilizzando cellule staminali pluripotenti. Dicono che il loro modello consentirà uno screening farmacologico ad alto rendimento per diverse malattie neuromuscolari e consentirà loro di studiare i candidati più promettenti negli organoidi specifici del paziente.
I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Communications in un articolo intitolato “ Generazione efficiente di un modello di giunzione neuromuscolare auto-organizzante da cellule staminali pluripotenti umane”. "
"La complessa rete neuromuscolare che controlla i movimenti del corpo è il bersaglio di gravi malattie che provocano paralisi e morte", hanno scritto i ricercatori. “Qui riportiamo lo sviluppo di un modello di giunzione neuromuscolare auto-organizzante (soNMJ) robusto ed efficiente da cellule staminali pluripotenti umane che possono essere mantenute a lungo termine in semplici condizioni aderenti”.
I ricercatori guidati da Mina Gouti, PhD, responsabile del laboratorio di modellizzazione delle cellule staminali dello sviluppo e delle malattie presso il Centro Max Delbrück, avevano già sviluppato un sistema tridimensionale di organoidi neuromuscolari (NMO). "Uno dei nostri obiettivi è utilizzare le nostre culture per test antifarmaco su larga scala", ha affermato Gouti. "Gli organoidi tridimensionali sono molto grandi e non possono essere coltivati a lungo nella piastra di coltura a 96 pozzetti che utilizziamo per eseguire studi di screening farmacologico ad alto rendimento."
Il loro modello di giunzione neuromuscolare auto-organizzante che utilizza cellule staminali pluripotenti “ci consentirà di eseguire uno screening farmacologico ad alto rendimento per diverse malattie neuromuscolari e quindi di studiare i candidati più promettenti negli organoidi specifici del paziente”, ha spiegato Gouti.
Per stabilire il modello 2D della giunzione neuromuscolare auto-organizzante, i ricercatori hanno prima dovuto capire come si sviluppano i motoneuroni e le cellule muscolari nell’embrione.
“Abbiamo testato una serie di ipotesi. Abbiamo scoperto che i tipi di cellule di cui avevamo bisogno per le connessioni neuromuscolari funzionali provenivano da cellule progenitrici neuromesodermiche”, ha affermato Alessia Urzi, dottoranda ed autrice principale dell’articolo. Urzi ha trovato la giusta combinazione di molecole di segnalazione che fanno sì che le cellule staminali umane maturino in motoneuroni funzionali e cellule muscolari con le necessarie connessioni tra i due. "È stato emozionante vedere le cellule muscolari contrarsi al microscopio", ha detto Urzi. “È stato un chiaro segnale che eravamo sulla strada giusta”.
Per testare la validità del modello, Urzi ha utilizzato iPSC umane di pazienti affetti da atrofia muscolare spinale, una grave malattia neuromuscolare che colpisce i bambini nel primo anno di vita. Le colture neuromuscolari generate dalle cellule staminali pluripotenti indotte dal paziente hanno mostrato gravi problemi con la contrazione del muscolo, simili alla patologia del paziente.
Guardando al futuro, Gouti ed il suo gruppo vogliono eseguire uno screening farmacologico ad alto rendimento per identificare nuovi trattamenti per i pazienti affetti da atrofia muscolare spinale e sclerosi laterale amiotrofica. “Vogliamo iniziare vedendo se possiamo ottenere risultati più positivi utilizzando nuove combinazioni di farmaci per migliorare la vita dei pazienti affetti da malattie neuromuscolari complesse”, ha concluso Gouti.
ENGLISH
Neuromuscular diseases are caused by problems in the way muscle cells, motor neurons, and peripheral cells interact. Researchers from the Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association sought to create human-specific cell culture models to find effective therapies for neuromuscular diseases and study how motor neurons in the spinal cord interact with muscle cells. The researchers report they have developed a self-organizing neuromuscular junction model using pluripotent stem cells. They say their model will allow high-throughput drug screening for different neuromuscular diseases and allow them to study the most promising candidates in patient-specific organoids.
Their findings are published in Nature Communications in an article titled, “Efficient generation of a self-organizing neuromuscular junction model from human pluripotent stem cells.”
“The complex neuromuscular network that controls body movements is the target of severe diseases that result in paralysis and death,” the researchers wrote. “Here, we report the development of a robust and efficient self-organizing neuromuscular junction (soNMJ) model from human pluripotent stem cells that can be maintained long-term in simple adherent conditions.”
The researchers led by Mina Gouti, PhD, head of the Stem Cell Modeling of Development and Disease Lab at the Max Delbrück Center, had already developed a three-dimensional neuromuscular organoid (NMO) system. “One of our goals is to use our cultures for large-scale drug testing,” said Gouti. “The three-dimensional organoids are very large and can’t be grown for a long time in the 96-well culture dish that we use to perform high-throughput drug screening studies.”
Their self-organizing neuromuscular junction model using pluripotent stem cells “will allow us to perform high-throughput drug screening for different neuromuscular diseases and then study the most promising candidates in patient-specific organoids,” explained Gouti.
To establish the 2D self-organizing neuromuscular junction model, the researchers first had to understand how motor neurons and muscle cells develop in the embryo.
“We tested a number of hypotheses. We found that the types of cells we needed for functional neuromuscular connections originated from neuromesodermal progenitor cells,” said Alessia Urzi, a doctoral student and lead author of the paper. Urzi found the right combination of signaling molecules that cause human stem cells to mature into functional motor neurons and muscle cells with the necessary connections between the two. “It was exciting to see the muscle cells contracting under the microscope,” said Urzi. “That was a clear sign we were on the right track.”
To test the validity of the model, Urzi used human iPSCs from patients with spinal muscular atrophy, a severe neuromuscular disease that affects children in the first year of their life. The neuromuscular cultures generated from the patient-specific induced pluripotent stem cells showed severe problems with the contraction of the muscle resembling the patient’s pathology.
Looking toward the future, Gouti and her team want to perform high-throughput drug screening to identify novel treatments for patients with spinal muscular atrophy and amyotrophic lateral sclerosis. “We want to start by seeing if we can achieve more successful outcomes using new combinations of drugs to improve the life of patients with complex neuromuscular diseases,” concluded Gouti.
Da:
https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/neuromuscular-junction-model-developed-using-pluripotent-stem-cells/
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