過去幾十年，神經科學研究取得有目共睹的發展。盡管如此，了解人腦和神經系統作用，發現致病機理，開發新型、有效的治療藥物仍然非常具有挑戰。
 
干細胞技術的最新進展為神經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）來分化創造神經元及星形膠質細胞、小膠質細胞等支持細胞，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化重編程和分化方法，還需構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，能夠長期鑒定神經細胞的功能。活細胞成像技術能夠連續地采集細胞圖像，并通過對整個實驗流程進行監測（從細胞制備、分化、編輯到動力學分析），提供全面的分析數據。鑒于神經細胞的特點，在培養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）可以避免環境因素對神經細胞的影響，確保數據的連續性和準確性。通過結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、運動等表型分析結果。  近年來，Incucyte® 實時活細胞分析系統被廣泛應用于神經科研中，小賽總結了以下四個領域的應用和高分文獻與大家分享：
    神經退行性疾病（ND），如阿爾茨海默病(AD)或帕金森病(PD)，是一種引起記憶喪失、運動障礙等失調反應的慢性病。很多ND的特征表現為大腦中蛋白質的異常形成和聚集，逐步引起神經元的退化或死亡。

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

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

 

圖1. 體外慢性病模型反映Tau蛋白聚集誘導神經突長度變化

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突生長

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

圖4. 功能評估顯示Tau蛋白導致神經元活動減少

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

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.

  神經腫瘤涉及神經系統癌癥（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。腫瘤的準確定位關乎有效治療藥物的傳遞。高細胞異質性，神經細胞的有限再生能力，耐藥性以及脫靶神經毒性都會影響治療效果。

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

1. 細胞健康的量化及可視化：在培養箱中實時、自動化檢測細胞凋亡（圖1）
2. 實體腦腫瘤模型建立：通過免標記技術量化細胞增長及細胞活性，研究三維腫瘤球形態（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的變化

圖3. 人膠質母細胞瘤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

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

Incucyte® 實時活細胞分析系統能夠在長時間范圍內持續、自動化地對神經元健康和形態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. 動態分析：連續對每個細胞進行實時動態分析，獲得比終點法分析更多的數據（圖1）；
2. 保護并節約寶貴細胞樣品：使用無標記分析和專為神經細胞研究而設計的非干擾熒光試劑，減少光毒性并保活脆弱的神經突（圖2，3，4）；
3. 根據您的體外模型靈活選擇檢測模式：兼容iPSCs或原代細胞，適用于單培養和共培養（圖5）；
4. 更快地獲得結果：高通量、可重復的數據，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信息

圖2. 在96和384孔板中對神經突長度、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的神經突進行動態、長時間的數據采集

圖4. 連續不間斷地監測濃度依賴性對細胞活性的影響

圖5. 在原代細胞或iPSC模型來源的神經細胞中檢測神經退行性疾病數據

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、大容量的數據集合
 

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

  神經免疫學主要研究神經和免疫系統在發育過程、穩態以及應對損傷和感染時的相互作用。免疫細胞在神經網絡的調節中發揮關鍵作用，比如小膠質細胞的突觸修剪是神經可塑性的關鍵部分。損傷、感染或穩態喪失可導致神經炎癥或小膠質細胞的激活，進而引發吞噬死亡或神經元和感染源死亡。慢性神經炎癥被認為是許多神經退行性疾病的根源，小膠質細胞的長期激活對神經系統有害。

Incucyte® 實時活細胞分析系統能夠對小膠質細胞進行全面的形態和功能表征。完全自動化的圖像采集有助于獲取可視化的數據來分析凋亡神經元的小膠質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細胞在趨化因子作用下的遷移。
 

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

 

圖1. 觀察及驗證小膠質細胞吞噬作用

圖2. 小膠質細胞吞噬作用的實時定量分析

圖3. 小膠質細胞吞噬調節機制的評估

圖4. 評估小膠質細胞趨向性遷移

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

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.