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커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 803(2022) 이 기사 인용

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척수손상(SCI) 치료제로 신경줄기/전구세포(NS/PC) 이식에 대한 기대가 높아지고 있다. 그러나 이식된 세포가 숙주 신경 회로에 통합되어 운동 기능 회복에 기여하는지 여부와 방법은 아직 알려지지 않았습니다. 이 프로젝트의 목적은 이식편과 숙주 사이의 회로 수준 통합과 이식편 신경 활동이 숙주 행동에 미치는 영향을 동시에 입증할 수 있는 신경 이식편의 활동을 시각화하기 위한 새로운 비침습적 생체 내 이미징 시스템을 구축하는 것이었습니다. . 우리는 강력한 신경 활동 의존성 합성 프로모터인 향상된 시냅스 활동 반응 요소(E-SARE)의 제어하에 새로 조작된 루시퍼라제인 Akaluc를 NS/PC에 도입하고 세포를 SCI 모델 마우스에 이식했습니다. 이 시스템의 사용을 통해 우리는 이식된 세포의 활동이 호스트 행동과 통합되고 호스트 신경 회로 입력에 의해 구동된다는 것을 발견했습니다. 이 비침습적 시스템은 척수손상에 대한 세포 이식 치료의 치료 메커니즘을 밝히는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.

척수 손상(SCI)은 운동, 감각 및 자율 마비를 포함한 심각한 신경 장애를 초래합니다. 최근에는 손상된 척수의 재생을 촉진하기 위한 세포이식 치료법을 개발하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 신경줄기/전구세포(NS/PC)는 이러한 치료법을 위한 가장 유망한 자원 중 일부입니다1,2,3. 이식된 NS/PC 유래 뉴런, 성상교세포 및 희소돌기아교세포에 의한 세포 교체를 포함하여 몇 가지 추정 기본 메커니즘이 제안되었습니다. 영양 지원; 축삭 재수초화4,5,6. 또한, 여러 연구에서는 NS/PC 이식편이 척추 절개 부위에 걸쳐 신경 중계를 형성할 수 있다고 제안했습니다. 즉, 숙주의 입쪽 부분에서 이식편으로의 입력과 이식편에서 꼬리 부분으로의 출력을 결합합니다. 이러한 과정은 기능 회복에 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 그러나 신경 전달의 상세한 특성화는 수행되지 않았으며 이식편이 숙주 신경 회로에 기능적으로 통합되는 방법은 잘 알려져 있지 않습니다. 이는 주로 현재 기술이 이식 세포 활동과 숙주의 행동 및 회로 수준 활동 사이의 관계를 직접 모니터링할 수 없기 때문입니다. 기능적 숙주-이식 조정을 밝히고 이식이 숙주 신경 회로 활동 및 숙주 행동에 어떻게 영향을 미치는지 평가하려면 살아있는 숙주 내에서 시간이 지남에 따라 이식 뉴런의 활동을 모니터링하는 새로운 비침습적 생체 내 이미징 기술이 필요합니다.

이러한 생체 내 모니터링 시스템을 구현하기 위해 우리는 두 가지 새로운 기술에 중점을 두었습니다. 첫 번째는 AkaBLI 시스템(AkaLuc 효소와 AkaLumine-HCl을 높은 투과성을 갖는 기질로 조합)이었습니다. 생물발광 이미징(BLI)은 살아있는 동물에서 루시페린(기질) 투여 후 루시퍼라제 효소를 발현하는 세포의 광 출력을 측정하기 위한 비침습적 방법입니다. AkaBLI는 밝은 방출 스펙트럼을 생성하고 살아있는 동물의 심부 조직 이미징을 가능하게 하는 새로 개발된 적색편이 BLI 시스템으로, 손상된 척수의 이식 세포에서 유전자 발현을 광시야 비침습적으로 모니터링하는 데 가장 적합합니다. 두 번째는 강력한 신경 활동 의존성 합성 프로모터인 향상된 시냅스 활동 반응 요소(E-SARE)였습니다. 뉴런이 활성화되면 척수 뉴런에서도 Fos, Arc 및 Egr1과 같은 즉시 초기 유전자(IEG)가 켜지고 IEG의 프로모터/인핸서는 활동 의존적 리포터 시스템으로 사용됩니다. 이러한 프로모터 중에는 Arc 프로모터의 SARE 인핸서 요소를 기반으로 하는 합성 프로모터 E-SARE가 있으며, 이는 기존의 다른 IEG 프로모터보다 훨씬 우수한 신경 활동 의존성 유전자 발현을 유도합니다.