测试新药“ALS-on-a-chip”

没有治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),这种疾病逐渐杀掉了运动神经元控制肌肉和诊断在每年近6000人在美国。

预付款,可以帮助科学家开发和测试新药,麻省理工学院的工程师们设计了一个微流控芯片在生产第一三维人体组织模型之间的接口运动神经元和肌肉纤维。研究人员使用细胞从健康受试者或ALS患者生成神经元模型中,允许他们测试潜在药物的有效性。

“我们发现显著的健康细胞和ALS细胞之间的差异,我们已经能够展示两种药物的影响,现在在临床试验中,”罗杰·卡姆说,塞西尔和艾达绿色杰出的麻省理工学院机械和生物工程教授和这项研究的资深作者。

麻省理工学院研究所博士后达Osaki是论文的第一作者,问题出现在10月10日科学的进步。Sebastien Uzel,前麻省理工学院的研究生,同时也是该论文的作者之一。

三维结

科学家们开始开发组织模型和运动神经元之间的连接肌肉细胞也称为神经肌肉接头,几十年前。然而,这些仅限于二维结构,不能完全复制的复杂的生理组织。

卡姆和他的同事开发的第一个版本两年前他们的神经肌肉接点3 d模型。模型由神经元和肌肉纤维,占领相邻车厢的微流控芯片。一旦放置在箱内,神经元延长长纤维称为探明,最终连接到肌肉,使神经元控制运动。

神经元设计这样研究人员就可以控制自己的活动与光,使用一种称为光遗传学的技术。肌肉纤维缠绕在两个灵活的支柱,所以当光的神经元被激活,研究者可以测量有多少肌肉纤维收缩测量位移的支柱。

在2016年版本的模型中,研究人员用老鼠细胞生长的神经和肌肉,但物种之间的差异可以影响药物筛选。在新的研究中,他们使用诱导多能干细胞从人类产生肌肉细胞和神经元。证明系统工作后,他们开始把神经元产生诱导多能干细胞从零星的ALS患者,占所有病例的90%。

这个ALS模型显示显著差异的神经肌肉接头产生健康的细胞。神经突生长较慢,似乎无法形成强有力的肌肉纤维连接,卡姆说。

“你可以看到健康的探明直接向个人肌管,然后激活它们。然而,ALS神经元似乎不可以连接很好,”他说。

这翻译较弱的肌肉控制:两周后,ALS运动神经元支配肌肉的产生只有约四分之一的肌肉产生的力控制的健康的神经元。这也表明,ALS马达神经元健康的骨骼肌组织的攻击。

有前景的药物

然后研究人员用他们的模型现在测试两种药物在临床试验中治疗ALS-rapamycin和bosutinib。他们发现,给两个药物一起恢复大部分的肌肉力量已经消失在ALS运动单位。治疗也减少了细胞死亡速率通常ALS运动单位。

与当地的一家生物科技公司工作。卡姆和他的同事们希望能收集1000名ALS患者的诱导多能干细胞,允许他们做大规模药物研究。他们还计划扩大该技术,这样他们就可以一次测试更多的样本,并增加更多类型的细胞,如雪旺细胞和小胶质细胞,发挥支持作用的神经系统。

这种组织模式也可以用来研究其他肌肉疾病如脊髓性肌肉萎缩症,影响神经细胞中发现的脊柱。