過去幾十年，神經(jīng)科學研究取得有目共睹的發(fā)展。盡管如此，了解人腦和神經(jīng)系統(tǒng)作用，發(fā)現(xiàn)致病機理，開發(fā)新型、有效的治療藥物仍然非常具有挑戰(zhàn)。
 
干細胞技術(shù)的最新進展為神經(jīng)科學研究提供了有效替代途徑,，利用人類誘導多能干細胞（iPSCs）來分化創(chuàng)造神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞等支持細胞，為建立具有人源化和患者特異性的高級細胞模型提供更大可能。iPSCs模型需要大量的工作優(yōu)化重編程和分化方法，還需構(gòu)建可靠的細胞生物學分析方法對模型的病理生理學特征和代表性進行驗證。
 
  使用活細胞成像技術(shù)對體外疾病模型進行表型分析是一種有效的手段，能夠長期鑒定神經(jīng)細胞的功能。活細胞成像技術(shù)能夠連續(xù)地采集細胞圖像，并通過對整個實驗流程進行監(jiān)測（從細胞制備、分化、編輯到動力學分析），提供全面的分析數(shù)據(jù)。鑒于神經(jīng)細胞的特點，在培養(yǎng)箱中直接進行活細胞成像分析的方法（如Incucyte® 實時活細胞成像）可以避免環(huán)境因素對神經(jīng)細胞的影響，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準確性。通過結(jié)合自動化延時成像和實時定量分析的特點，提供可視化的細胞形態(tài)、運動等表型分析結(jié)果。  近年來，Incucyte® 實時活細胞分析系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科研中，小賽總結(jié)了以下四個領(lǐng)域的應(yīng)用和高分文獻與大家分享：
    神經(jīng)退行性疾�。∟D），如阿爾茨海默病(AD)或帕金森病(PD)，是一種引起記憶喪失、運動障礙等失調(diào)反應(yīng)的慢性病。很多ND的特征表現(xiàn)為大腦中蛋白質(zhì)的異常形成和聚集，逐步引起神經(jīng)元的退化或死亡。

改進的體外細胞模型更好地反映了疾病的慢性本質(zhì)，利用活細胞實時成像技術(shù)對原代細胞或iPSCs等先進的細胞模型進行分析，為ND的發(fā)病機理研究及有效治療藥物的開發(fā)提供了更大的便利和可能性。
 

1. 研究藥物誘導引發(fā)的效應(yīng)：使用非干擾試劑實時研究疾病相關(guān)的神經(jīng)毒性（圖1）
2. 洞察細胞健康和形態(tài)：實時獲得全方位動態(tài)數(shù)據(jù)（圖2，3）
3. 深入了解ND發(fā)病機理：評估神經(jīng)退行性疾病模型中神經(jīng)元的活動（圖4）
4. 可用于2D和3D模型：兼容iPSCs、原代細胞，適用于單培養(yǎng)和共培養(yǎng)（圖5）

 

圖1. 體外慢性病模型反映Tau蛋白聚集誘導神經(jīng)突長度變化

圖2. 在PD動力學模型中，Oxidopamine (6-OHDA)治療增加細胞死亡并減少神經(jīng)突生長

圖3. PD模型中的腦區(qū)域特異性：與皮層區(qū)域相比，6-OHDA選擇性地影響黑質(zhì)和紋狀體神經(jīng)突的生長

圖4. 功能評估顯示Tau蛋白導致神經(jīng)元活動減少

圖5. 患者來源的AD iPSC模型：2D和3D顯示不同的神經(jīng)突發(fā)育和球狀形成
 

1. DDX3X acts as a live-or-die checkpoint in stressed cells by regulating NLRP3 inflammasome. Nature, 2019, 573(7775): 590-594.
2. Omega-3 fatty acids activate ciliary FFAR4 to control adipogenesis. Cell, 2019, 179(6): 1289-1305. e21.
3. Regulation of the RNAPII pool is integral to the DNA damage response. Cell, 2020, 180(6): 1245-1261. e21.
4. Target-based discovery of an inhibitor of the regulatory phosphatase PPP1R15B. Cell, 2018, 174(5): 1216-1228. e19.
5. CD22 blockade restores homeostatic microglial phagocytosis in ageing brains[J]. Nature, 2019, 568(7751): 187-192.

  神經(jīng)腫瘤涉及神經(jīng)系統(tǒng)癌癥（包括腦和脊髓）。腦腫瘤侵略性很強且危及生命，為尋找有效的治療方法帶來了很多挑戰(zhàn)。腫瘤的準確定位關(guān)乎有效治療藥物的傳遞。高細胞異質(zhì)性，神經(jīng)細胞的有限再生能力，耐藥性以及脫靶神經(jīng)毒性都會影響治療效果。

有效可靠的體外轉(zhuǎn)化模型有利于我們更深入地了解腦腫瘤的發(fā)病過程，從而開發(fā)新的有效治療方法進行干預(yù)。實時活細胞分析技術(shù)能夠借助2D和3D模型對腦腫瘤細胞的健康及形態(tài)進行長期、持續(xù)性監(jiān)測。
 

1. 細胞健康的量化及可視化：在培養(yǎng)箱中實時、自動化檢測細胞凋亡（圖1）
2. 實體腦腫瘤模型建立：通過免標記技術(shù)量化細胞增長及細胞活性，研究三維腫瘤球形態(tài)（圖2，3）
3. 藥理學研究：使用非干擾試劑和動力學檢測來研究藥物誘導的治療效果（圖4）
4. 獲得新見解：監(jiān)測96孔板以深入了解腦腫瘤侵襲潛能（圖5）

 

圖1. mTOR抑制劑PP242對 SH-SY5Y神經(jīng)母細胞瘤模型中細胞健康的影響

圖2. 實體腦腫瘤3D球模型在生長速度及形態(tài)的變化

圖3. 人膠質(zhì)母細胞瘤U87 3D球模型

圖4. 不同化療藥物的細胞抑制和細胞毒性作用

圖5. 膠質(zhì)母細胞瘤球狀模型侵襲的高通量分析
 

1. Coordinated Splicing of Regulatory Detained Introns within Oncogenic Transcripts Creates an Exploitable Vulnerability in Malignant Glioma. Cancer Cell 32(4):411-426.e11, 2017
2. Fate mapping of human glioblastoma reveals an invariant stem cell hierarchy. Nature, 549(7671):227-232, 2017
3. Functional diversity and cooperativity between subclonal populations of pediatric glioblastoma and diffuse intrinsic pontine glioma cells. Nat Med 24, 1204–1215 (2018).
4. Selective BCL-XL inhibition promotes apoptosis in combination with MLN8237 in medulloblastoma and pediatric glioblastoma cells. Neuro-Oncology, 20( 2), 203–2018

  神經(jīng)突的生長、成熟以及對神經(jīng)突網(wǎng)絡(luò)的阻斷是研究神經(jīng)疾病病理學、神經(jīng)元損傷和再生以及篩選神經(jīng)毒性的關(guān)鍵。此外，細胞活性也是衡量侯選藥物、培養(yǎng)基條件以及環(huán)境因素對神經(jīng)元健康和功能影響的重要指標。檢測神經(jīng)細胞健康可以幫助我們篩選出對神經(jīng)有保護作用且不會引起神經(jīng)毒性的候選藥物和治療方法。

Incucyte® 實時活細胞分析系統(tǒng)能夠在長時間范圍內(nèi)持續(xù)、自動化地對神經(jīng)元健康和形態(tài)的微妙變化進行捕捉和量化。兼容96孔板或384孔板，同時提供高分辨自動化集成軟件和專門設(shè)計的細胞無干擾試劑，為細胞健康分析提供整體解決方案。
 

1. 動態(tài)分析：連續(xù)對每個細胞進行實時動態(tài)分析，獲得比終點法分析更多的數(shù)據(jù)（圖1）；
2. 保護并節(jié)約寶貴細胞樣品：使用無標記分析和專為神經(jīng)細胞研究而設(shè)計的非干擾熒光試劑，減少光毒性并�；畲嗳醯纳窠�(jīng)突（圖2，3，4）；
3. 根據(jù)您的體外模型靈活選擇檢測模式：兼容iPSCs或原代細胞，適用于單培養(yǎng)和共培養(yǎng)（圖5）；
4. 更快地獲得結(jié)果：高通量、可重復(fù)的數(shù)據(jù)，可對不同通量的孔板進行快速藥理分析（圖6）；

 

圖1. 獲得有價值的ND體外模型生理學相關(guān)信息

圖2. 在96和384孔板中對神經(jīng)突長度、分支點和胞體進行免標記、自動化分析

圖3. 使用非干擾熒光試劑對共培養(yǎng)的神經(jīng)突進行動態(tài)、長時間的數(shù)據(jù)采集

圖4. 連續(xù)不間斷地監(jiān)測濃度依賴性對細胞活性的影響

圖5. 在原代細胞或iPSC模型來源的神經(jīng)細胞中檢測神經(jīng)退行性疾病數(shù)據(jù)

圖6. 消耗微量細胞同時檢測6塊96孔板或384孔板，自動生成一致性、大容量的數(shù)據(jù)集合
 

1. Imprinted Maternally Expressed microRNAs Antagonize Paternally Driven Gene Programs in Neurons. Mol. Cell, 2020
2. CD49f is a novel marker of functional and reactive human iPSC-derived astrocytes. Neuron, 107(3), 436-453. 2020
3. Transcriptional programming of human mechanosensory neuron subtypes from pluripotent stem cells. Cell reports, 30(3), 932-946. 2020
4. Stem cell-derived neurons reflect features of protein networks, neuropathology, and cognitive outcome of their aged human donors. Neuron.2021

  神經(jīng)免疫學主要研究神經(jīng)和免疫系統(tǒng)在發(fā)育過程、穩(wěn)態(tài)以及應(yīng)對損傷和感染時的相互作用。免疫細胞在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，比如小膠質(zhì)細胞的突觸修剪是神經(jīng)可塑性的關(guān)鍵部分。損傷、感染或穩(wěn)態(tài)喪失可導致神經(jīng)炎癥或小膠質(zhì)細胞的激活，進而引發(fā)吞噬死亡或神經(jīng)元和感染源死亡。慢性神經(jīng)炎癥被認為是許多神經(jīng)退行性疾病的根源，小膠質(zhì)細胞的長期激活對神經(jīng)系統(tǒng)有害。

Incucyte® 實時活細胞分析系統(tǒng)能夠?qū)π∧z質(zhì)細胞進行全面的形態(tài)和功能表征。完全自動化的圖像采集有助于獲取可視化的數(shù)據(jù)來分析凋亡神經(jīng)元的小膠質(zhì)細胞胞葬作用以及生物顆粒吞噬。通過活細胞趨化遷移和侵襲實驗量化小膠質(zhì)細胞在趨化因子作用下的遷移。
 

1. 觀察及驗證小膠質(zhì)細胞吞噬作用（圖1）
2. 實時定量分析小膠質(zhì)細胞吞噬作用及胞葬作用（圖2，3）
3. 評價小膠質(zhì)細胞趨化作用（圖4）
4. 監(jiān)測細胞分化和激活后的形態(tài)變化（圖5）

 

圖1. 觀察及驗證小膠質(zhì)細胞吞噬作用

圖2. 小膠質(zhì)細胞吞噬作用的實時定量分析

圖3. 小膠質(zhì)細胞吞噬調(diào)節(jié)機制的評估

圖4. 評估小膠質(zhì)細胞趨向性遷移

圖5. iPSC來源的單核細胞（Axol BioScience）分化為小膠質(zhì)細胞的形態(tài)學變化
 

1. Methotrexate chemotherapy induces persistent tri-glial dysregulation that underlies chemotherapy-related cognitive impairment. Cell, 2019, 176(1-2): 43-55. e13.
2. RIPK3 restricts viral pathogenesis via cell death-independent neuroinflammation. Cell, 2017, 169(2): 301-313. e11.
3. Glioblastomas acquire myeloid-affiliated transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicit immune evasion. Cell, 2021, 184(9): 2454-2470. e26.
4. CD22 blockade restores homeostatic microglial phagocytosis in ageing brains. Nature, 2019, 568(7751): 187-192.
5. Clearance of senescent glial cells prevents tau-dependent pathology and cognitive decline. Nature, 2018, 562(7728): 578-582.
6. Tissue-resident macrophages provide a pro-tumorigenic niche to early NSCLC cells. Nature, 2021: 1-7.