Informacije

Je li CNS vaskulariziran?


Imao sam dojam da krvne žile nikada ne prodiru u CNS, što objašnjava zašto ih se nikada ne vidi u histološkim uzorcima.

Međutim, Google pretraga otkriva da griješim. Pa može li mi netko reći koja je svrha cerebrospinalne tekućine?

B) Zašto se ne nalaze krvni sudovi na histološkim dijapozitivima?


Gdje smo? Anatomija mišjih moždanih ovojnica korteksa ponovo je pregledana radi intravitalnog snimanja, imunologije i uklanjanja otpada iz mozga

Brzo se napreduje u razumijevanju uloge moždanih ovojnica u održavanju normalne funkcije mozga, u imunološkom nadzoru i kao mjestu bolesti. Većina osnovnih istraživanja moždanih ovojnica i neuronskog mozga sada se provodi na miševima, a glavna atrakcija je dostupnost miševa reportera s fluorescentnim stanicama i velikog raspona antitijela korisnih za imunocitokemiju i karakterizaciju izoliranih stanica. Osim toga, dvofotonska mikroskopija kroz neperforiranu kalvariju omogućuje intravitalno snimanje neometanih moždanih ovojnica sa submikronskom rezolucijom. Anatomija dorzalnih moždanih ovojnica miša (i, uistinu, svih sisavaca) značajno se razlikuje od one prikazane na mnogim objavljenim dijagramima: preko kortikalnih izbočina, vanjski sloj, dura, obično je deblji od unutrašnjeg sloja, leptomenksa, oba sloja su bogato vaskularizirana i inervirana te komuniciraju s limfnim sistemom. Odvaja ih membranska barijera, a u bolesti se upala može lokalizirati na jedan ili drugi sloj, pa eksperimentatori moraju biti u mogućnosti identificirati odjeljak koji proučavaju. Ovdje predstavljamo trenutno znanje o funkcionalnoj anatomiji moždanih ovojnica, posebno onako kako se pojavljuje u intravitalnom snimanju, te preispitujemo njihovu ulogu kao prolaza između mozga, krvi i limfnih žila, oslanjajući se na informacije razasute po radovima o različitim patologijama.


Je li CNS vaskulariziran? - Biologija

Vizija je sposobnost otkrivanja svjetlosnih uzoraka iz vanjskog okruženja i njihovog tumačenja u slike. Životinje su bombardirane senzornim informacijama, a sama količina vizualnih informacija može biti problematična. Srećom, vizuelni sistemi vrsta evoluirali su kako bi se odazvali najvažnijim podražajima. Važnost vida za ljude dodatno je potkrijepljena činjenicom da je otprilike jedna trećina ljudskog moždanog korteksa posvećena analizi i percepciji vizualnih informacija.

Light

Kao i kod slušnih podražaja, svjetlost putuje u valovima. Kompresijski valovi koji sačinjavaju zvuk moraju putovati u mediju - plinu, tekućini ili čvrstom tijelu. Nasuprot tome, svjetlost se sastoji od elektromagnetskih valova i nije joj potrebno da srednja svjetlost može putovati u vakuumu (slika 1). O ponašanju svjetlosti može se raspravljati u smislu ponašanja valova, ali i u smislu ponašanja osnovne svjetlosne jedinice - paketa elektromagnetskog zračenja koji se naziva foton. Pogled na elektromagnetski spektar pokazuje da je vidljiva svjetlost za ljude samo mali dio cijelog spektra, koji uključuje zračenje koje ne možemo vidjeti kao svjetlo jer je ispod frekvencije vidljivog crvenog svjetla i iznad frekvencije vidljivog ljubičastog svjetla.

Određene varijable su važne kada se raspravlja o percepciji svjetlosti. Talasna dužina (koja obrnuto varira sa frekvencijom) manifestuje se kao nijansa. Svjetlost na crvenom kraju vidljivog spektra ima veće valne duljine (i nižu je frekvenciju), dok svjetlo na ljubičastom kraju ima kraće valne duljine (i veće je frekvencije). Talasna dužina svjetlosti izražava se u nanometrima (nm). Jedan nanometar je jedan milijarditi dio metra. Ljudi percipiraju svjetlost u rasponu od približno 380 nm do 740 nm. Međutim, neke druge životinje mogu otkriti valne duljine izvan ljudskog dometa. Na primjer, pčele vide skoro ultraljubičasto svjetlo kako bi locirale vodiče nektara na cvijeću, a neki gmizavci koji nisu ptice osjećaju infracrveno svjetlo (toplina koju plijen odaje).

Slika 1. U elektromagnetskom spektru vidljiva svjetlost leži između 380 nm i 740 nm. (kredit: izmjena rada NASA -e)

Amplituda vala se percipira kao intenzitet svjetlosti ili svjetlina. Standardna jedinica intenziteta svjetlosti je kandela, koja je približno svjetlosna jakost jedne uobičajene svijeće.

Svjetlosni valovi putuju 299.792 km u sekundi u vakuumu ((i nešto sporije u različitim medijima kao što su zrak i voda), a ti valovi dolaze do oka kao dugi (crveni), srednji (zeleni) i kratki (plavi) valovi. Ono što se naziva "bijelo svjetlo" je svjetlo koje ljudsko oko percipira kao bijelo. Ovaj efekat proizvodi svjetlost koja podjednako stimulira receptore boje u ljudskom oku. Prividna boja objekta je boja (ili boje) koju objekt reflektira. Tako crveni objekt odražava crvene talasne dužine u mješovitoj (bijeloj) svjetlosti i apsorbira sve ostale talasne dužine svjetlosti.

Anatomija oka

Oko je šuplja kugla sastavljena od tri sloja tkiva. Najudaljeniji sloj je vlaknasta tunika, koja uključuje bijelu sclera i jasno rožnica. Sklera čini pet šestina površine oka, od kojih se većina ne vidi, iako su ljudi jedinstveni u usporedbi s mnogim drugim vrstama po tome što imaju toliko vidljivog „bjelog oka“ (slika 2). Prozirna rožnica prekriva prednji vrh oka i dopušta svjetlosti da uđe u oko.

Srednji sloj oka je vaskularna tunika, koji se uglavnom sastoji od žilnice, cilijarnog tijela i šarenice. The horoid je sloj visoko vaskulariziranog vezivnog tkiva koje opskrbljuje krvlju očne jabučice. Horoida se nalazi iza cilijarno telo, mišićna struktura koja je vezana za objektiv by zonule vlakna. Ove dvije strukture savijaju sočivo, omogućavajući mu da fokusira svjetlost na stražnjoj strani oka. Sočivo je dinamično, fokusirajuće i ponovno fokusirano svjetlo dok oko počiva na bliskim i udaljenim objektima u vidnom polju. Cilijarno tijelo rasteže leću ravno ili joj dopušta da se zgusne, mijenjajući žižnu daljinu svjetlosti koja prolazi kroz nju kako bi je oštro fokusiralo na mrežnicu. S godinama dolazi do gubitka fleksibilnosti leće i dolazi do oblika dalekovidnosti koji se naziva presbiopija. Presbiopija se javlja jer se slika fokusira iza mrežnice. Presbiopija je nedostatak sličan različitoj vrsti dalekovidnosti koja se naziva hiperopija uzrokovana prekratkom očnom jabučicom. Za oba nedostatka, slike u daljini su jasne, ali su slike u blizini mutne. Miopija (kratkovidnost) nastaje kada se očna jabučica produži i fokus slike padne ispred mrežnice. U ovom slučaju, slike u daljini su mutne, ali su slike u blizini jasne.

Slika 2: Ispravljanje abnormalnosti u refrakciji svjetlosti u oku. Ovo djelo Cenveo je licencirano pod Creative Commons Attribution 3.0 Sjedinjene Američke Države (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).

Prekrivanje cilijarnog tijela, vidljivo u prednjem oku, je iris- obojeni dio oka. Šarenica je glatki mišić koji otvara ili zatvara učenik, koja je rupa u središtu oka koja omogućuje ulazak svjetlosti. Šarenica sužava zjenicu kao odgovor na jako svjetlo i širi zjenicu kao odgovor na prigušeno svjetlo.

Unutrašnji sloj oka je neuronska tunika, ili retina, koji sadrži nervno tkivo odgovorno za fotorecepciju. Oko je takođe podeljeno u dve šupljine: prednju i zadnju. Prednja šupljina je prostor između rožnice i leće, uključujući šarenicu i cilijarno tijelo. Ispunjen je vodenastom tekućinom koja se naziva očna vodica. Stražnja šupljina je prostor iza leće koji se proteže do stražnje strane unutarnje očne jabučice, gdje se nalazi mrežnica. Stražnja šupljina ispunjena je viskoznijom tekućinom koja se naziva staklasti humor. Retina se sastoji od nekoliko slojeva i sadrži specijalizirane ćelije za početnu obradu vizualnih podražaja. Fotoreceptori (štapići i češeri) mijenjaju svoj membranski potencijal stimulirani svjetlosnom energijom. Promjena membranskog potencijala mijenja količinu neurotransmitera na koje se oslobađaju fotoreceptorske stanice bipolarne ćelije u vanjski sinaptički sloj. Bipolarna ćelija u retini povezuje fotoreceptor sa a ganglijske ćelije mrežnice (RGC) u unutrašnji sinaptički sloj. Tamo, amakrinske ćelije dodatno pridonijeti obradi mrežnice prije nego što RGC proizvede akcijski potencijal. Aksoni RGC -a, koji leže u najudaljenijem sloju mrežnice, skupljaju se u optički disk i ostavite oko kao optički nerv (vidi sliku 3). Budući da ti aksoni prolaze kroz mrežnicu, nema fotoreceptora na samom stražnjem dijelu oka, gdje počinje optički živac. Ovo stvara „slijepu pjegu“ u mrežnici i odgovarajuću slijepu pjegu u našem vidnom polju.

Imajte na umu da se fotoreceptori u mrežnici (štapići i češeri) nalaze iza aksona, RGC -a, bipolarnih stanica i retinalnih krvnih žila. Ove strukture apsorbiraju značajnu količinu svjetlosti prije nego što svjetlost dopre do ćelija fotoreceptora. Međutim, u središtu retine nalazi se mala površina poznata kao fovea. U fovei retini nedostaju potporne ćelije i krvni sudovi i sadrži samo fotoreceptore. Stoga, oštrina vida, ili oštrina vida, najveća je u fovei. To je zato što se u fovei najmanju količinu dolazne svjetlosti apsorbira od strane drugih struktura mrežnice (vidi sliku 3).

Slika 3. Struktura oka Očna sfera može se podijeliti na prednju i stražnju komoru. Zid oka sastoji se od tri sloja: vlaknaste tunike, vaskularne tunike i neuralne tunike. Unutar neuronske tunike nalazi se mrežnica s tri sloja stanica i dva sinaptička sloja između njih. Centar retine ima mali udubljenje poznato kao fovea.

Kako se krećete u bilo kojem smjeru od ove središnje točke mrežnice, vidna oštrina značajno opada. Osim toga, svaka fotoreceptorska ćelija fovee povezana je s jednim RGC -om. Stoga ovaj RGC ne mora integrirati ulaze iz više fotoreceptora, što smanjuje točnost vizualne transdukcije. Prema rubovima retine, nekoliko fotoreceptora konvergira na RGC -ima (kroz bipolarne ćelije) do omjera 50 prema 1.

Razlika u oštrini vida između fovee i periferne retine lako se dokazuje direktnim gledanjem u riječ usred ovog odlomka. Vizuelni podražaj u sredini vidnog polja pada na foveu i nalazi se u najoštrijem fokusu. Ne skidajući pogled s te riječi, primijetite da riječi na početku ili na kraju odlomka nisu u fokusu. Slike u vašem perifernom vidu fokusirane su perifernom mrežnicom i imaju nejasne, zamagljene rubove i riječi koje nisu tako jasno identificirane. Kao rezultat toga, veliki dio neuronske funkcije očiju odnosi se na pomicanje očiju i glave tako da su važni vizualni podražaji usredotočeni na foveu. Svjetlost koja pada na mrežnicu uzrokuje kemijske promjene molekula pigmenta u fotoreceptorima, što na kraju dovodi do promjene u aktivnosti RGC -a.

Slika 4. (a) Ljudsko oko prikazano je u presjeku. (b) Uduvavanje prikazuje slojeve retine.

Postoje dvije vrste fotoreceptora u mrežnici: štapići i češeri, nazvani po općem izgledu prikazanom na slici 5. Štapovi su jako fotoosjetljivi i nalaze se na vanjskim rubovima mrežnice. Otkrivaju prigušeno svjetlo i koriste se prvenstveno za periferni i noćni vid. Konusi su slabo fotoosjetljivi i nalaze se blizu središta mrežnice. Reaguju na jako svetlo, a njihova primarna uloga je u dnevnom, vidu u boji.

Slika 5. Štapići i češeri su fotoreceptori u mrežnici. Štapovi reagiraju pri slabom osvjetljenju i mogu otkriti samo nijanse sive. Češeri reagiraju pri intenzivnom svjetlu i odgovorni su za vid boja. (zasluga: izmjena djela Piotr Sliwa)

Fovea ima veliku gustoću čunjeva. Kad pogled približite objektu kako biste ga pomno pregledali pri jakom svjetlu, oči se orijentiraju tako da slika objekta padne na foveu. Međutim, kada gledate zvijezdu na noćnom nebu ili neki drugi objekt pri prigušenom svjetlu, objekt se može bolje vidjeti perifernim vidom jer šipke na rubovima mrežnice, a ne češeri u središtu, djeluju bolje pri slabom osvetljenju. Kod ljudi, češeri daleko nadmašuju štapove u fovei.

Transdukcija svetlosti

Fotoreceptorske ćelije imaju dva dijela, unutrašnji segment i spoljni segment (Slika 6). Unutrašnji segment sadrži jezgru i druge zajedničke organele ćelije, dok je vanjski segment specijalizirana regija u kojoj se odvija fotorecepcija. Postoje dvije vrste fotoreceptora - štapići i čunjevi - koji se razlikuju po obliku vanjskog segmenta. Vanjski segmenti šipkastog oblika rod fotoreceptor sadrže hrpu diskova vezanih za membranu koji sadrže fotoosjetljivi pigment rhodopsin. Vanjski segmenti u obliku konusa fotoreceptor konusa sadrže svoje fotoosjetljive pigmente u infoldovima ćelijske membrane. Postoje tri fotopigmenta konusa, tzv opsins, koji su svaki osjetljivi na određenu talasnu dužinu svjetlosti. Talasna dužina vidljive svetlosti određuje njenu boju. Pigmenti u ljudskim očima specijalizirani su za opažanje tri različite osnovne boje: crvene, zelene i plave.

Slika 6. Fotoreceptor (a) Svi fotoreceptori imaju unutrašnje segmente koji sadrže jezgru i druge važne organele i vanjske segmente sa membranskim nizovima koji sadrže fotoosjetljive molekule opsina. Vanjski segmenti šipki su dugi stubovi sa hrpom diskova vezanih za membranu koji sadrže pigment rodopsin. Vanjski segmenti konusa su kratki, suženi oblici s naborima membrane na mjestu diskova u šipkama. (b) Tkivo mrežnice pokazuje gusti sloj jezgri štapića i čunjeva. LM × 800. (Mikrograf pružaju Regents Medicinskog fakulteta Univerziteta u Michiganu © 2012)

Na molekularnom nivou, vizualni podražaji uzrokuju promjene u molekuli fotopigmenta koje dovode do promjena u membranskom potencijalu fotoreceptorske ćelije. Jedna jedinica svjetlosti naziva se a foton, koji je u fizici opisan kao paket energije sa svojstvima čestice i vala. Energija fotona predstavljena je njegovom valnom duljinom, pri čemu svaka valna duljina vidljive svjetlosti odgovara određenoj boji. Vidljivo svjetlo je elektromagnetsko zračenje s valnom duljinom između 380 i 720 nm. Duže talasne dužine manje od 380 nm spadaju u infracrveno područje, dok kraće talasne dužine veće od 720 nm spadaju u ultraljubičasto područje. Svjetlost talasne dužine 380 nm je plava, dok je svjetlost talasne dužine 720 nm tamno crvena. Sve ostale boje padaju između crvene i plave na različitim tačkama na skali talasnih dužina.

Opsinski pigmenti su zapravo transmembranski proteini koji sadrže kofaktor poznat kao mrežnica. Retinal je molekula ugljikovodika povezana s vitaminom A. Kada foton udari u mrežnicu, dugi lanac molekule ugljikovodika se biokemijski mijenja. Konkretno, fotoni uzrokuju da se neki od dvostruko vezanih ugljika unutar lanca prebaci s a cis do a trans konformacija. Ovaj proces se naziva fotoizomerizacija. Prije interakcije s fotonom, fleksibilni dvostruko vezani ugljenovi mrežnice nalaze se u cis konformacija. Ovaj molekul se naziva 11-cis-retinal. Foton u interakciji s molekulom uzrokuje promjenu fleksibilnih dvostruko vezanih ugljika u trans– konformacija, tvoreći sve-trans-retinal, koji ima ravni ugljikovodični lanac (slika 7).

Slika 7. Izomeri retine Molekula retine ima dva izomera, (a) jedan prije nego što foton stupi u interakciju s njim i (b) jedan koji se mijenja fotoizomerizacijom.

Promjena oblika mrežnice u fotoreceptorima inicira vizualnu transdukciju u mrežnici. Aktivacija proteina retine i opsina dovodi do aktivacije G proteina. G protein mijenja membranski potencijal fotoreceptorske stanice, koja tada oslobađa manje neurotransmitera u vanjski sinaptički sloj mrežnice. Sve dok se molekula retine ne promijeni nazad u 11-cis-retinalnog oblika, opsin ne može reagirati na svjetlosnu energiju, što se naziva izbjeljivanje. Kada se izbijeli velika grupa fotopigmenata, mrežnica će poslati informacije kao da se opažaju suprotne vizualne informacije. Nakon jakog svjetla, zaostale slike se obično vide u negativu. Fotoizomeracija je obrnuta nizom enzimskih promjena tako da mrežnica reagira na više svjetlosne energije.

Slika 8. Poređenje osjetljivosti boje fotopigmenata Poređenjem spektara osjetljivosti vrha i apsorbancije četiri fotopigmenta sugerira se da su oni najosjetljiviji na određene valne duljine.

Opsini su osjetljivi na ograničene talasne dužine svjetlosti. Rhodopsin, fotopigment u štapovima, najosjetljiviji je na svjetlost na valnoj duljini od 498 nm. Opsini u tri boje imaju vrhunske osjetljivosti od 564 nm, 534 nm i 420 nm koje približno odgovaraju primarnim bojama crvene, zelene i plave (slika 8). Apsorpcija rodopsina u štapovima mnogo je osjetljivija nego u konusnim opsinima, štapići su osjetljivi na vid pri slabom osvjetljenju, a češeri na svjetlije uvjete.

Na normalnoj sunčevoj svjetlosti, rodopsin će se stalno izbjeljivati ​​dok su češeri aktivni. U zamračenoj prostoriji nema dovoljno svjetla za aktiviranje opsina konusa, a vid u potpunosti ovisi o štapovima. Štapovi su toliko osjetljivi na svjetlost da jedan foton može rezultirati akcijskim potencijalom iz odgovarajuće RGC štapa.

Tri vrste konusnih opsina, osjetljive na različite talasne dužine svjetlosti, pružaju nam vid boja. Uspoređujući aktivnost tri različita čunja, mozak može izvući informacije o boji iz vizualnih podražaja. Na primjer, jarko plavo svjetlo koje ima valnu duljinu od približno 450 nm minimalno bi aktiviralo „crvene“ čunjeve, „zelene“ čunjeve marginalno, a „plave“ češere pretežno. Relativnu aktivaciju tri različita čunja izračunava mozak, koji percipira boju kao plavu. Međutim, češeri ne mogu reagirati na svjetlost niskog intenziteta, a štapići ne osjećaju boju svjetlosti. Stoga je naša vizija pri slabom osvjetljenju-u osnovi-u sivim tonovima. Drugim riječima, u mračnoj prostoriji sve izgleda kao nijansa sive. Ako mislite da možete vidjeti boje u mraku, to je najvjerojatnije zato što vaš mozak zna koje je boje i oslanja se na to pamćenje.

Retinalna obrada

Vizuelni signali napuštaju češere i šipke, putuju do bipolarnih ćelija, a zatim do ganglijskih ćelija.Veliki stupanj obrade vizualnih informacija događa se u samoj mrežnici, prije nego što se vizualne informacije pošalju u mozak.

Fotoreceptori u mrežnici kontinuirano se podvrgavaju toničnoj aktivnosti. To jest, oni su uvijek blago aktivni čak i kada nisu stimulirani svjetlošću. U neuronima koji pokazuju toničku aktivnost, odsustvo podražaja održava brzinu paljenja na osnovnoj liniji, dok neki podražaji povećavaju brzinu paljenja od osnovne linije, a drugi podražaji smanjuju brzinu paljenja. U nedostatku svjetla, bipolarni neuroni koji povezuju štapove i češere s ganglijskim stanicama kontinuirano i aktivno inhibiraju štapići i češeri. Izlaganje mrežnice svjetlu hiperpolarizira štapiće i češere i uklanja njihovu inhibiciju bipolarnih stanica. Sada aktivne bipolarne ćelije zauzvrat stimuliraju ćelije ganglija, koje šalju akcijske potencijale duž svojih aksona (koji ostavljaju oko kao optički živac). Stoga se vizualni sistem oslanja na promjenu aktivnosti mrežnice, a ne na odsutnost ili prisutnost aktivnosti, za kodiranje vizualnih signala za mozak. Ponekad horizontalne ćelije prenose signale iz jedne šipke ili konusa do drugih fotoreceptora i do nekoliko bipolarnih ćelija. Kad štap ili konus stimuliraju vodoravnu ćeliju, vodoravna ćelija inhibira udaljenije fotoreceptore i bipolarne ćelije, stvarajući bočnu inhibiciju. Ova inhibicija izoštrava rubove i pojačava kontrast na slikama čineći da područja koja primaju svjetlo izgledaju svjetlije, a tamno okruženje tamnije. Amakrinske ćelije mogu distribuirati informacije iz jedne bipolarne ćelije u mnoge ganglijske ćelije.

To možete demonstrirati pomoću jednostavne demonstracije kako biste „prevarili“ mrežnicu i mozak bojama koje promatrate u svom vidnom polju. Gledajte fiksno sliku 9 oko 45 sekundi. Zatim brzo preusmjerite pogled na list praznog bijelog papira ili bijeli zid. Trebali biste vidjeti zaostalu sliku norveške zastave u njenim ispravnim bojama. U ovom trenutku zatvorite oči na trenutak, a zatim ih ponovo otvorite, ponovo gledajući u bijeli papir ili zid, a slika zastave bi se trebala nastaviti pojavljivati ​​kao crvena, bijela i plava. Šta uzrokuje ovo? Prema objašnjenju koje se naziva protivnička teorija procesa, dok ste fiksirano gledali u zelenu, crnu i žutu zastavicu, vaše ganglijske ćelije mrežnice koje pozitivno reagiraju na zelenu, crnu i žutu dramatično su povećale svoju paljbu. Kad ste pogled prebacili na neutralno bijelo tlo, ove ganglijske ćelije naglo su smanjile svoju aktivnost, a mozak je protumačio ovo naglo smanjenje pomaka kao da ganglijske ćelije sada reagiraju na svoje "protivničke" boje: crvenu, bijelu i plavu, respektivno. vidno polje. Kada se ganglijske ćelije vrate u početno stanje aktivnosti, lažna percepcija boje će nestati.

Slika 9. Pogledajte ovu zastavicu da biste razumjeli kako funkcionira obrada mrežnice. Gledajte u središte zastave (označeno bijelom tačkom) 45 sekundi, a zatim brzo pogledajte bijelu pozadinu, primijetivši kako se boje pojavljuju.

Viša obrada

Mijelinizirani aksoni ganglijskih stanica čine optičke živce. Unutar živaca različiti aksoni nose različite kvalitete vizualnog signala. Neki aksoni čine magnocelularni (veliki ćelijski) put, koji nosi informacije o obliku, kretanju, dubini i razlikama u svjetlini. Ostali aksoni čine parvocelularni (mali ćelijski) put koji nosi informacije o boji i finim detaljima. Neke vizualne informacije izravno se vraćaju u mozak, dok druge prelaze na suprotnu stranu mozga. Ovo ukrštanje optičkih puteva proizvodi karakterističnu optičku hijazmu (grčki, za "ukrštanje") koja se nalazi u bazi mozga i omogućava nam koordinaciju informacija s oba oka.

Jednom u mozgu, vizualne informacije se obrađuju na nekoliko mjesta, a njihovi putevi odražavaju složenost i važnost vizualnih informacija za ljude i druge životinje. Jedna ruta vodi signale do talamusa, koji služi kao stanica usmjeravanja za sve dolazne osjetilne impulse osim olfakcije. U talamusu magnoćelijske i parvocelularne razlike ostaju netaknute, a za svaki postoje različiti slojevi talamusa. Kad vizualni signali napuste talamus, putuju do primarnog vidnog korteksa u stražnjem dijelu mozga. Iz vizuelnog korteksa, vizuelni signali putuju u dva smjera. Jedan tok koji projicira u parijetalni režanj, sa strane mozga, nosi magnocelularne ("gdje") informacije. Drugi tok projicira se u temporalni režanj i prenosi magnocelularne ("gdje") i parvocelularne ("šta") informacije.

Druga važna vizualna ruta je put od retine do gornjeg kolikulusa u srednjem mozgu, gdje su pokreti očiju koordinirani i integrirani sa slušnim informacijama. Konačno, postoji put od retine do suprahijazmatičnog jezgra (SCN) hipotalamusa. SCN je skup ćelija koji se smatra unutrašnjim satom tijela, koji kontrolira naš cirkadijalni (cjelodnevni) ciklus. SCN šalje informacije pinealnoj žlijezdi, što je važno u obrascima spavanja/buđenja i godišnjim ciklusima.


Uvod

Vaskularne bolesti centralnog nervnog sistema (CNS) vodeći su uzroci dugotrajnog invaliditeta kod odraslih širom svijeta i među deset su prvih uzroka smrti djece. Moždani udar je peti po učestalosti uzrok smrti i najveći doprinos invalidnosti odraslih u SAD-u (Kochanek i sur., 2017). Autoimune bolesti CNS -a (npr. Multipla skleroza MS) i neurodegenerativne bolesti (npr. Alzheimerova bolest), koje pogađaju približno 1 milion (Wallin et al., 2019), odnosno 5,8 miliona (Saradnici: GBD, 2016: Demencija, 2019) Amerikanci su također povezane sa vaskularnim patologijama koje značajno doprinose patogenezi i progresiji bolesti (pregledali Spencer i sur., 2018. Sweeney i sur., 2018.). U oku, dijabetička retinopatija glavni je uzrok sljepoće odraslih u radno sposobnoj populaciji industrijski razvijenih nacija, a retinopatija nedonoščadi značajan je uzrok sljepoće kod nedonoščadi (vidi i Liegl et al., 2016 Prokofyeva i Zrenner, 2012 ). Ove statistike ističu važnost ispravne vaskularizacije u CNS -u i ukazuju na to da neuronski/glijalni i vaskularni odjeljci funkcionalno ovise jedni o drugima u normalnom i patološkom stanju. Razumijevanje kako neuroni i glija utječu na neurovaskularni razvoj i sazrijevanje zdravog CNS -a stoga je ključno za razvoj terapija usmjerenih na obnavljanje ovog osjetljivog odnosa u bolesti.

CNS je vaskulariziran prvenstveno angiogenezom, procesom u kojem nove krvne žile izbijaju iz postojećeg perineuralnog pleksusa koji okružuje neuralnu cijev. Kako se razvijaju, krvni sudovi CNS -a su u bliskom kontaktu i sa neuronskim i sa glijalnim ćelijama i tvore neurovaskularnu jedinicu (NVU, slika 1A). Recipročne interakcije između vaskularnih komponenti (endotelne ćelije, bazalna membrana izvedena iz endotela i zidnih ćelija, poput pericita i vaskularnih ćelija glatkih mišića) i neuroglijalnih komponenti (neuroni, oligodendrociti, mikroglija, astrociti i bazična membrana izvedena iz astrocita) ne samo NVU reguliraju pravilnu angiogenezu, ali i daju jedinstvena barijerna svojstva neurovaskulaturi, naime krvno-moždanu barijeru (BBB) ​​u mozgu i krvno-retinalnu barijeru (BRB) u oku. U ovom pregledu sumiramo naše trenutno razumijevanje o tome kako neuronski i glijalni progenitori i zrele stanice u mozgu i retini utječu na angiogenezu, kao i sazrijevanje BBB i BRB. Zatim uspoređujemo i uspoređujemo razvoj tipova neuronskih i glijalnih stanica s razvojem neurovaskulature (angiogeneza i sazrijevanje barijere) u ove dvije različite regije CNS -a. Na kraju, raspravljamo o vremenu nastanka neuronskog kruga i uspostavljanju sinaptičke aktivnosti u odnosu na sazrijevanje svojstava neurovaskularne barijere u mozgu i mrežnici, te predlažemo načine za buduća istraživanja kako bi se pozabavilo utjecajem neuronske aktivnosti na angiogenezu CNS -a i stvaranje neurovaskularnih barijera.

Interakcije između različitih tipova stanica u neurovaskularnoj jedinici ključne su za stvaranje neurovaskularnih barijera. (A) U CNS-u, vaskularne komponente, uključujući endotelne ćelije (svijetlosiva), bazalnu membranu izvedenu iz endotelnih stanica (endotelna BM žuta) i zidne ćelije [kao što su periciti (ružičasti)], zajedno s astrocitima (ljubičasta), astrocitni izvedeni BM (astrocitni BM zeleni), neuroni (sivi) i mikroglija (narandžasti) anatomski stupaju u interakciju formirajući neurovaskularnu jedinicu (NVU). Okvirno područje prikazano je detaljnije u B. (B) Shema ćelijskih bioloških mehanizama koji doprinose svojstvima neurovaskularne barijere endotelnih stanica CNS -a. Čvrsti spojevi, formirani klaudinima (tamno plava), okludinom (kestenjasta) i zonula okludenima (svijetlo plava), ograničavaju kretanje malih molekula između endotelnih stanica, stvarajući tako paracelularnu barijeru. Proteini uskog spoja stupaju u interakciju s citoskeletom (F-aktin, zeleni) putem proteina zonula occludens (svijetlo plava). Adherens spojevi, koje tvore VE-kadherin (tamno siva), kao i α-katenin (tamno smeđa), β-katenin (srednje smeđa) i γ-katenin (svijetlosmeđa), ključni su za interakcije stanica i stanica sensing stress. Endotelne ćelije komuniciraju jedna s drugom preko spajanja reguliranih koneksinom (tamnozeleno). Niske stope posredovane transcitoze posredovane receptorima zavisnim od kaveolina 1 (Cav1, ružičasto) Konačno, endotelne stanice CNS -a također sadrže specifične aktivne i pasivne transportere (ljubičaste boje) kako bi se olakšalo kretanje hranjivih tvari između krvi i mozga/mrežnice.

Interakcije između različitih tipova stanica u neurovaskularnoj jedinici ključne su za stvaranje neurovaskularnih barijera. (A) U CNS-u, vaskularne komponente, uključujući endotelne ćelije (svijetlosiva), bazalnu membranu izvedenu iz endotelnih ćelija (endotelna BM žuta) i zidne ćelije [kao što su periciti (ružičasti)], zajedno s astrocitima (ljubičasta), astrociti- izvedeni BM (astrocitni BM zeleni), neuroni (sivi) i mikroglija (narandžasti) anatomski stupaju u interakciju formirajući neurovaskularnu jedinicu (NVU). Okvirno područje prikazano je detaljnije u B. (B) Shema ćelijskih bioloških mehanizama koji doprinose svojstvima neurovaskularne barijere endotelnih stanica CNS -a. Čvrsti spojevi, formirani klaudinima (tamno plava), okludinom (kestenjasta) i zonula okludenima (svijetloplava), ograničavaju kretanje malih molekula između endotelnih stanica, stvarajući tako paracelularnu barijeru. Proteini uskog spoja stupaju u interakciju s citoskeletom (F-aktin, zeleni) putem proteina zonula occludens (svijetlo plava). Adherens spojevi, koje tvore VE-kadherin (tamno siva), kao i α-katenin (tamno smeđa), β-katenin (srednje smeđa) i γ-katenin (svijetlosmeđa), ključni su za interakcije stanica i stanica sensing stress. Endotelne ćelije međusobno komuniciraju putem spajanja reguliranih koneksinom (tamnozeleno). Niske stope posredovane transcitoze posredovane receptorima zavisnim od kaveolina 1 (Cav1, ružičasto) Konačno, endotelne stanice CNS -a također sadrže specifične aktivne i pasivne transportere (ljubičaste boje) kako bi se olakšalo kretanje hranjivih tvari između krvi i mozga/mrežnice.


Sadržaj

Neurulacija je proces kod embrija kralježnjaka u fazi neurule u kojoj se stvara neuralna cijev. [6] [8] Postoje dvije vrste neurulacije: primarna i sekundarna. Primarna neurulacija odnosi se na stvaranje i presavijanje neuronske ploče na sebi kako bi se formirala neuronska cijev. [6] [8] U sekundarnoj neurulaciji, neuronska cijev nastaje spajanjem šupljina u medularnoj vrpci. [6] [8] [9] Kod vodozemaca i gmazova primarna neurulacija čini cijelu neuronsku cijev, a neuronska cijev se istovremeno zatvara po svojoj dužini. [8] Nasuprot tome, kod riba sekundarna neurulacija formira neuralnu cijev. [10] I primarna i sekundarna neurulacija javljaju se kod ptica i sisavaca, iako s malim razlikama. Primarna neurulacija se javlja u kranijalnoj i gornjoj kralježničnoj regiji, što dovodi do razvoja mozga i gornjih regija leđne moždine. Sekundarna neurulacija se javlja u donjim sakralnim i kaudalnim regijama, što rezultira stvaranjem donjih regija leđne moždine. [6] [10] Kod ptica se neuronska cijev zatvara sprijeda prema stražnjoj strani, dok se kod sisavaca prvo zatvara sredina, nakon čega slijedi zatvaranje oba kraja. [8]

Točka u kojoj embrij doseže stupanj neurule razlikuje se među vrstama, dok za jajorodne organizme na duljinu neurulacije dodatno utječe temperatura inkubacije. Općenito, što je niža temperatura, veća je duljina neurulacije. Pileći embriji dostižu fazu neurule 2. dana nakon oplodnje, a podvrgavaju se neurulaciji do 5. dana. Gmazovi, uključujući krokodile, guštere i kornjače, obično provode duže vrijeme u fazi neurule. [2] Tipičan embrion žabe, inkubiran na 18 ° C, neurula je u ranom stadiju 50 sati nakon oplodnje i u kasnom stadiju neurule 67 sati. [3] Embrij miša započinje neurulaciju 7.5 dana gestacije i ostaje u fazi neurule do 9. dana. [4]

Mezoderm embrija kičmenjaka u fazi neurule može se podijeliti u pet regija. Ventralno od neuralne cijevi je hordamesoderm. Lateralno s obje strane neuralne cijevi nalazi se paraksijalni mezoderm, dok je srednja lateralna regija neuralne cijevi srednja mezoderma. Četvrta regija je mezoderm lateralne ploče, a posljednja regija mezenhim glave. [5] Prednji dijelovi mezoderma razvijaju se u rostralna područja organizma, poput glave, dok se stražnji mezoderm razvija u kaudalna područja, poput trupa ili repa. [1] Paraksijalni mezoderm, koji se naziva i somitski mezoderm, razvija se u somite, blokove tkiva koji se pojavljuju u segmentnom uzorku. Somiti pak stvaraju kralješke, rebra, skeletne mišiće, hrskavicu, tetive i kožu. [8] [11]

In Xenopus laevis, prijelaz iz gastrule u neurulu uključuje morfološke promjene u dvije regije koje okružuju blastopor: dorzalnu involutivnu marginalnu zonu (IMZ) i gornju neinvolucirajuću marginalnu zonu (NIMZ) gastrule. Nakon involucije u fazi srednje gastrule, IMZ prolazi kroz konvergentno proširenje, u kojem se bočna područja sužavaju i pomiču prema srednjoj liniji, a prednji se kraj produžava. To ima učinak sužavanja blastopora. NIMZ, koji ne evoluira, istovremeno se proteže u suprotnom smjeru i većom brzinom kako bi obuhvatio regije koje više ne zauzimaju IMZ. Konvergentno proširenje IMZ -a i NIMZ -a počinje u drugoj polovici gastrulacije i nastavlja se u kasnu fazu neurule. Na kraju, duboko tkivo IMZ -a čini središnji notohord i okolni paraksijalni mezoderm. U ranoj fazi neurule jasno se razlikuje notohorda. Notohordalne ćelije postaju raspoređene u formaciju koja predstavlja hrpu novčića u procesu koji se naziva obodna interkalacija. Površinski sloj IMZ -a razvija se u krov arhenterona, ili primitivnog crijeva, dok donji endoderm čini arhenteronski pod. NIMZ se razvija u strukturu koja podsjeća na ranu neuralnu cijev. Vanjski ektodermalni sloj neurule nastaje ravnomjernim širenjem ćelija na životinjskom polu, poznatom kao životinjska kapa. Ektoderm se zatim diferencira u neuronsko i epidermalno tkivo. [12]

Kod gmazovskih embrija, počevši od kasne faze neurule i prenoseći se u rane faze organogeneze, van embrionalna membranska tkiva koja se sastoje od žumanjčane vrećice, koriona i amniona razlikuju se od tkiva embrija. Mezoderm se razdvaja kako bi se stvorio ekstra-embrionalni celom, koji se sastoji od dva sloja. Vaskularizirani unutarnji sloj mezoderme-endoderma, nazvan splanchnopleure, razvija se u žumanjčanu vrećicu, dok nevaskularizirani vanjski sloj ektoderm-mezoderme, nazvan somatopleura, postaje amnion i korion. Tokom organogeneze ova tri ekstra embrionalna tkiva postaju potpuno razvijena. Osim toga, unutar reptilske neurule, tkiva mozga počinju se razlikovati, a srce i krvni sudovi počinju se formirati. [2]

Tkiva neurule miša brzo se dijele, sa prosječnim ćelijskim ciklusom koji traje 8-10 sati. Proteoglikani u izvanstaničnom matriksu (ECM) stanica u fazi neurule igraju važnu ulogu u promicanju funkcionalne lobanjske neurulacije i povišenja živčanog nabora, hijaluronska kiselina (HA) se sintetizira i akumulira, dok stanica održava nisku razinu sulfatiranih glikozaminoglikana (GAG) . HA je uključen u stvaranje bikonveksnih neuronskih nabora, dok su sulfatni GAG-i kritični u manipulaciji živčanog utora u obliku slova V, kao i u zatvaranju neuralne cijevi. ECM ne igra važnu ulogu u spinalnoj neurulaciji zbog zbijene prirode mezodermalnih stanica u spinalnoj regiji, što omogućuje malo međustaničnog prostora. Osim toga, vjeruje se da su mikrofilamenti koji sadrže aktin neophodni u kranijalnoj neurulaciji. Oni mogu djelovati kao mehanizam za neuronsko savijanje ili mogu stabilizirati već formirane neuronske nabore, međutim njihova tačna uloga nije utvrđena. Postoje neki dokazi da faktori rasta, poput inzulina ili transferina, također igraju ulogu u neutraliziranju, ali ta veza nije dobro proučena. [6]

Otkriveno je da se različiti geni eksprimiraju u embrionu u fazi neurule. Za različite događaje neurulacije aktiviraju se različiti geni, poput onih koji se javljaju u različitim regijama neuronske cijevi u razvoju. [6] Ovi geni su neophodni za pravilnu neurulaciju i zatvaranje neuralne cijevi. Signalni molekuli poput Wnts, FGF i BMF zajedno s faktorima transkripcije koji uključuju gene Msx, Puževi, Sox8/9/10 i Pax3/7 igraju ključnu ulogu u stvaranju živčanog grebena. [6]

Pax transkripcijski faktori imaju važnu ulogu u ranom razvoju, posebno u pogledu CNS -a i živčanog grebena. Pax3 i Pax7 su promotori opstanka ćelija nervnog grebena, uz promociju otpornosti na stres iz okoline. [7] U embrijima miša Pax3 blokira tumor supresorski gen p53, koji je neophodan za kontroliranu proliferaciju i genomsku stabilnost, izražen je u svim stanicama neurule. [6] [7] Tokom ranog razvoja, Pax3 je izražen u stražnjem i bočnom području neuralne ploče, iz istog područja iz kojeg proizlazi neuronski greben. [7] Utvrđeno je da se defekti neuronskog grebena javljaju kod miševa i ljudi mutacije Pax3, što ukazuje na važnost funkcionalnosti. [7] [13] Kod pilića, žabe i ribe Pax3/Pax7 aktiviraju se Wnt i FGF signalizacijom.[7] Pax3 i Pax7 su također potrebni za indukciju neuronskog grebena nakon što su iscrpljena dva gena rezultirala nedostatkom aktivacije specifičnih gena neuronskog grebena Snail2 i Foxd3, što nije omogućilo daljnji razvoj ili emigraciju neuronskog grebena. [7] Korištenje nokauta bilo je korisno za razumijevanje uloge i funkcija nekoliko gena pronađenih u neuruli. Na primjer, utvrđeno je da Wnt-1 nema ulogu u zatvaranju neuralne ploče, uprkos tome što je prisutan na vrhu neuronskih nabora kada se zatvara. Mada mutanti Wnt-1 dovode do defekata uzorka u mozgu. Notch1 je uključen u formiranje somita. HNF-3 je potreban za razvoj nohorda i čvora. [14] Gen Apolipoprotein B, koji je uključen u transport i metabolizam molekula topivih u mastima u krvi, eksprimiran je u žumanjčanoj vrećici i fetalnoj jetri. [6] Unutar neurule u Xenopus laevis, prisutni su razvojni geni Xwnt-3 i Xwnt-4. [15]


Uređivanje strukture

Mezenhim je morfološki okarakteriziran istaknutom matricom mljevene tvari koja sadrži labav agregat retikularnih vlakana i nespecijalizirane mezenhimalne matične stanice. [4] Mezenhimalne ćelije mogu lako migrirati, za razliku od epitelnih stanica, kojima nedostaje pokretljivosti, organizirane su u usko priljubljene listove i polarizirane u apikalno-bazalnoj orijentaciji.

Development Edit

Mezenhim potiče od mezoderma. [5] Iz mezoderma mezenhim se pojavljuje kao embriološki primitivna "juha". Ova "juha" postoji kao kombinacija mezenhimalnih stanica plus serozne tekućine plus mnogo različitih proteina tkiva. Serozna tečnost obično ima mnogo seroznih elemenata, poput natrijuma i hlorida. Mezenhim se razvija u tkiva limfnog i krvožilnog sistema, kao i mišićno -koštanog sistema. Ovaj potonji sistem je okarakteriziran kao vezivno tkivo u cijelom tijelu, poput kostiju, mišića i hrskavice. Maligni karcinom mezenhimalnih ćelija je vrsta sarkoma. [6] [7]

Prelaz epitela u mezenhim Uređivanje

Prvo pojavljivanje mezenhima događa se tijekom gastrulacije iz procesa epitelno -mezenhimalne tranzicije (EMT). Ovaj prijelaz nastaje gubitkom epitelnog kadherina, uskim spojevima i prianjanjem spojeva na staničnim membranama epitelnih stanica. [8] Površinske molekule podliježu endocitozi, a citoskelet mikrotubula gubi oblik, omogućavajući mezenhimu da migrira duž izvanstaničnog matriksa (ECM). Epitelno -mezenhimalni prijelaz događa se u embrionalnim stanicama koje zahtijevaju migraciju kroz tkivo ili preko njega, a može se pratiti mezenhimalno -epitelnim prijelazom za proizvodnju sekundarnih epitelnih tkiva. Embriološke mezenhimske ćelije eksprimiraju S100-A4 (S100A4) [9] poznat i kao protein specifičan za fibroblast, [10] što ukazuje na njihova zajednička svojstva s migracijskim odraslim fibroblastima i c-Fos, onkogenom povezanim sa smanjenjem regulacije epitelnog kadherina. [11] [12] Formiranje primitivnog niza i mezenhimskog tkiva ovisi o putu Wnt/β-katenina. [13] Specifični markeri mezenhimalnog tkiva uključuju dodatnu ekspresiju ECM faktora kao što su fibronektin i vitronektin. [14]

Implantacija Edit

Prve ćelije embrija koje podliježu EMT-u i tvore mezenhim su ekstra-embrionalne ćelije trofektoderma. Oni migriraju iz tijela blastociste u endometrijski sloj maternice kako bi doprinijeli stvaranju usidrene posteljice. [15]

Primarni mezenhim Edit

Primarni mezenhim je prvo embrionalno mezenhimsko tkivo koje se pojavilo, a proizvodi se iz EMT -a u stanicama epiblasta. U epiblastu se inducira primitivnim nizom putem Wnt signalizacije i proizvodi endoderm i mezoderm iz prolaznog tkiva zvanog mesendoderm tijekom procesa gastrulacije. [16]

Formiranje primarnog mezenhima ovisi o ekspresiji WNT3. Drugi nedostaci u signalnim putevima, kao što je Nodal (TGF-beta protein), dovest će do stvaranja defektnog mezoderma. [8]

Slojevi tkiva nastali iz primitivnog niza zajedno invaginiraju u embrij, a inducirane mezenhimalne matične stanice će prodrijeti i formirati mezoderm. Mesodermalno tkivo nastavit će se razlikovati i/ili migrirati kroz embrij kako bi na kraju formiralo većinu slojeva vezivnog tkiva u tijelu. [17]

Neuralni mezenhim Edit

Embriološki mezenhim je posebno prolazan i ubrzo se razlikuje nakon migracije. Neuralni mezenhim nastaje ubrzo nakon formiranja primarnog mezenhima. [18]

Interakcija s ektodermom i morfogenim faktorima koji tvore somite uzrokuju da neki primarni mezenhim formira neuronski mezenhim ili paraksijalni mezoderm i doprinosi stvaranju somita. Neuralni mezenhim uskoro prolazi kroz mezenhimsko -epitelnu tranziciju pod utjecajem WNT6 koji proizvodi ektoderma u obliku somita. [19] Ove će strukture proći sekundarni EMT jer se somitno tkivo kasnije u razvoju migrira u strukturno vezivno tkivo poput hrskavice i skeletnih mišića. [20]

Ćelije neuronskog grebena (NCC) nastaju iz neuroektoderma, umjesto primarnog mezenhima, iz morfogenih signala neuralnog grebena. EMT nastaje kao rezultat Wnt signalizacije, utjecaja Sox gena i gubitka E-kadherina s ćelijske površine. NCC-ovi dodatno zahtijevaju potiskivanje N-kadherina i adhezijskog molekula neuronskih stanica. NCC -ovi ulaze u embrij iz epitelnog neuroektodermalnog sloja i migriraju po cijelom tijelu kako bi formirali više ćelija perifernog nervnog sistema (PNS) i melanocita. Migracija NCC -a prvenstveno je inducirana BMP signalizacijom i njenim inhibitorom, Nogginom. [21] [22]

Kod nekih beskičmenjaka, npr. Porifera, Cnidaria, Ctenophora i nekih triploblasta (akoelomati), mezenhim se odnosi na manje-više čvrsto, ali slabo organizirano tkivo koje se sastoji od gel matrice (mezogleje) s različitim staničnim i vlaknastim inkluzijama, koje se nalaze između epidermisa i gastrodermisa. U nekim slučajevima, mesoglea je jednostanična. [23]

  • U spužvama se mezenhim naziva mezohil. [24]
  • U diploblastima (Cnidaria i Ctenophora) mezenhim je potpuno ektodermalno izveden. Ova vrsta mezenhima naziva se ektomesodermalna i ne smatra se pravim mezodermom.
  • Kod triploblastičnih akoelomata (poput ravnih crva), termin parenhim se ponekad koristi za srednji (mezenhimalni) sloj, u kojem gusti sloj uključuje tkiva izvedena iz ektoderme i entomesoderme (pravi mezoderm, izveden iz entoderme).

Kada je ćelijski materijal rijedak ili gusto zbijen, kao u cnidara, mezenhim se ponekad može nazvati kolenhimom ili parenhimom kod ravnih crva. [24] Kad nema ćelijskog materijala kao u Hydrozoa), sloj se pravilno naziva mezogleja. [24]

U nekim kolonijalnim cnidarima mezenhim je perforiran gastrovaskularnim kanalima neprekidno među članovima kolonije. Cijela ta matrica uobičajenog bazalnog materijala naziva se koenenhim. [24]


Vaskularna transdiferencijacija u CNS-u: fokus na neuronske i glioblastomske matične ćelije

Glioblastomi su razorni i opsežno vaskularizirani tumori mozga iz kojih su mnoge grupe izolirale ćelije slične glioblastomu (GSC). Ove ćelije imaju visok tumorigeni potencijal i sposobnost stvaranja heterogenih fenotipova. Sve je više dokaza koji podupiru mogućnost da su te stanice izvedene iz nakupljanja mutacija u odraslim neuronskim matičnim stanicama (NSC), kao i u oligodendrocitnim progenitorima. Nedavno je objavljeno da se GSC-i mogu transdiferencirati u endotelne i pericitne ćelije in vitro i in vivo, posebno pod utjecajem Notcha i TGF -aβ signalni putevi. Vaskularne ćelije izvedene iz GBM ćelija takođe su posmatrane direktno u uzorcima pacijenata. Ovi rezultati mogli bi dovesti do novih smjerova za osmišljavanje originalnih terapijskih pristupa protiv neovaskularizacije GBM -a, ali ovo specifično reprogramiranje zahtijeva daljnja molekularna istraživanja. Također je opisana transdiferencijacija nentumoralnih neuronskih matičnih stanica u vaskularne ćelije, a obrnuto vaskularne ćelije mogu generirati neuronske matične stanice. U ovom pregledu predstavljamo i raspravljamo o ovim novijim podacima. Budući da se neki od njih čine kontroverznima, bit će potrebna daljnja validacija korištenjem novih tehničkih pristupa, poput profilisanja velike propusnosti i funkcionalnih analiza, kako bi se izbjegle eksperimentalne zamke i pogrešna tumačenja.

1. Uvod

Vaskulatura centralnog nervnog sistema je jedinstvena zbog visoko specijalizovane skele Krvne moždane barijere (BBB). Tačnije, dobro organizovana struktura zvana Neurovaskularna jedinica (NVU) aktivno učestvuje u integritetu BBB. Uključuje blisku interakciju između endotelnih ćelija, muralnih ćelija, krajnjih nogu astrocita, mikroglije i neurona. Stoga je ova vaskularna mreža vrlo specifična po svojoj strukturi i komponentama [1].

Endotelne ćelije (EK) su temelj stijenki žila. Proizvode bazalnu membranu [2], u dodiru su s krvotokom i usko su u interakciji sa zidnim stanicama [3]. Identifikacija EC oslanja se uglavnom na ekspresiju markera kao što su CD31, CD144 (VE-Kadherin) i CD34, kao i na njihovu in vitro kapacitet za formiranje cijevnih mreža [4]. Smatra se da nije fenestriran [5], endotel mozga se sastoji od tri odjeljka koji će se razlikovati u okolnim muralnim stanicama, koji uglavnom uključuju pericite i ćelije glatkih mišića krvnih žila (vSMC) [3, 6, 7]. Izraz "pericit" predložio je Zimmermann 1923. godine kako bi precizno definirao kontraktilne ćelije koje okružuju mikrosudove, ali se ovaj naziv ponekad slobodno koristi u literaturi [8]. Prema ovoj definiciji, oni moraju dijeliti bazalnu membranu s EC -ima [2] i fizički komunicirati s EC -ima na diskretnim membranskim točkama [9]. Stoga je potrebna kombinacija histološke i elektronske mikroskopske analize, isključivanje EC i ekspresija dva ili više prihvaćenih markera „pericita“ kako bi se pravilno identificirali. Suprotno tim načelima, mnoge studije identificiraju pericite isključivo na temelju markera, koji nisu ekskluzivni i preklapaju se u ekspresiji s drugim tipovima perivaskularnih stanica. Ovi markeri uključuju PDGFRβ, NG2, αSMA, desmin i RGS5 [3, 8]. Periciti su glavni regulatori vaskularnog remodeliranja i homeostaze tkiva. Konkretno, u mozgu, gdje je vaskularna pokrivenost najveća među organima, pokazalo se da su oni ključni igrači u sazrijevanju i održavanju BBB -a [10, 11]. S obzirom na njihova kontraktilna svojstva, oni također mogu regulirati protok krvi kao odgovor na vazoaktivne tvari i neurotransmitere [12, 13]. Dakle, EK i periciti aktivno doprinose integritetu NVU.

Nedavno je također otkriveno da vaskularne stanice sudjeluju u održavanju i proliferaciji neuronskih matičnih stanica (NSC) u svojim specifičnim neurovaskularnim nišama [14] i mogu pokazati plastičnost prema neuronskim lozama in vitro [15]. Zauzvrat, izgleda da NSC također imaju kapacitete za diferencijaciju vaskularnih stanica [16].

Pod patološkim uvjetima, vaskulatura se može akutno preurediti i proširiti [6]. U tom kontekstu, EC progenitors i „aktivirani“ periciti služe kao potencijalni rezervoari vaskularnih matičnih ćelija i blisko sarađuju kako bi osigurali vaskularni integritet [6, 17].

Takva patološka stanja uključuju tumorski rast, gdje je potrebna aktivna vaskularizacija za održavanje malignosti stanica raka. Multiformni glioblastom (GBM) je visoko maligni i vaskularizirani tumor mozga za koji su trenutne mogućnosti liječenja neefikasne. Ovi tumori sadrže podskupine stanica sličnih matičnim ćelijama glioblastoma (GSC), radio-i hemoresistentnim (GSC), koje vjerojatno potječu od NSC-a, stoga dijele kardinalna svojstva NSC-a i visoko su tumorigene nakon intrakranijalnih ksenografta. GSC snažno stupaju u interakciju sa vaskularnim stanicama unutar tumoralne perivaskularne niše [18] i ključni su u mehanizmima neovaskularizacije povezane s glioblastomom. Nedavno je nekoliko grupa, uključujući našu, istaknulo plastičnost GSC -a prema endotelnim ili pericitnim lozama in vitro i in vivo.

Cilj ovog pregleda je prikupiti nedavne dokaze o transdiferencijaciji NSC -a i GSC -a prema endotelnim i/ili pericitnim linijama, o čemu se aktivno raspravlja na terenu (slika 1). Razgovarat ćemo o intimnoj plastičnosti između vaskularnih stanica i NSC -a u fiziološkoj neurovaskularnoj niši. Zatim se želimo usredotočiti na ono o čemu se trenutno raspravlja u kontekstu perivaskularnih niša u glioblastomu.

2. Vaskularni integritet u CNS -u

Vaskularno ožičenje jedan je od najranijih događaja zabilježenih tokom razvoja. Primarni vaskularni pleksus izveden iz mezoderma određuje arterijske, venske, hemogene i limfne sudbine putem primordijalnih EC ili stanja angioblasta: proces koji uključuje FGF2, BMP4, indijskog ježa (IHH) i Etv2 kao molekularne okidače [19-21] . Primarni vaskularni pleksus tada se preoblikuje kroz ravnotežu VEGF signalizacije (VEGFR2 (Flk-1)) i TGF-aβ signalizacija [21].

Konkretno u mozgu, perineuralni vaskularni pleksus okružuje neuralnu cijev kroz aktivnu vaskulogenezu koja posljedično oblikuje velike cerebralne arterije i vene. Precizna vaskularizacija unutar intraneuralnog vaskularnog pleksusa dalje se uspostavlja angiogenim klijanjem, stvaranjem novih žila iz već postojećih. Ovaj proces uključuje gubitak čvrstog spoja između EK, degradaciju bazalne membrane i migraciju vršnih stanica zajedno s proliferativnim stabljikama stabljike. Molekularno se pokazalo da je ovaj složeni mehanizam uglavnom reguliran VEGF-Nrp-1, Dll4-Notch, Angiopoietins-Tie, TGFβ, i Wnt signalizacija. Mnogo se manje zna o angiogenom klijanju u postnatalnim fazama. Ukupno, nicanje vršnih stanica i anastomoza omogućuju stvaranje endotelne cijevi, koju su kasnije ključni igrači NVU stabilizirali da formiraju BBB [1].

Specifikacije ćelija zidova još uvijek su nejasne, zbog spekulacija o zajedničkom zidnom prethodniku mezenhimskog porijekla za vSMC, pericite i druge perivaskularne ćelije [6, 7]. Većina studija provedeno je u patološkim stanjima i možda ne odražavaju fiziološku ontogenezu muralnih stanica. Međutim, poznato je da muralne ćelije iz celomnih struktura potječu iz mezotelija, dok su u CNS -u uglavnom izvedene iz stanica živčanog grebena [22]. Unatoč tome, uobičajen proces specifikacije uključuje epitelno-mezenhimalnu tranziciju (EMT), praćenu migracijom i kolonizacijom mezenhimskih prekursora u suradnji s nicanjem angiogenih EC [8]. Signalni putevi koji regulišu pericit i EC preslušavanje uključuju PDGF-B/PDGFRβ TGFβ Notch1-Dll4 Angiopoetinski vezani signalni putevi EphB2 i SDF1/CXCR4 [3, 8, 23, 24].

3. Odrasle neuronske matične ćelije u neurovaskularnoj niši

Jedan od najfascinantnijih napretka u posljednje tri decenije predstavlja otkriće nezrelih multipotentnih ćelija u odraslom mozgu i kičmenoj moždini sisara. Datirajući od početnog Hamiltonovog zapažanja 1901. proliferirajućih diferenciranih ćelija [25], pionirski rad koji su obavili Altman i Nottebohm sedamdesetih [26, 27] kulminirao je identifikacijom i izolacijom neuronskih matičnih stanica (NSC) sposobnih za proizvodnju neuronske i glijalne ćelije in vitro i in vivo [28]. Analiza neurosfere [29] bila je ključna u njihovom otkriću, jer je ovaj test posebno pogodan za pokazivanje, na klonskom nivou, kardinalnih svojstava matičnih ćelija, odnosno multipotencijalnosti, samoobnavljanja i proširenih sposobnosti proliferacije. Ove multipotentne ćelije mogu se podijeliti u dvije klase [30]: (1) bona fide neuronske matične ćelije sposobne za opsežnu samoobnovu i smještene u subventrikularnoj zoni i subgranularnim hipokampusnim nišama i (2) progenitorima koji su više ograničeni proliferacijom/diferencijacijom, a koji su također prisutni u nišama, kao i u cijeloj bijeloj i sivoj tvari . Matične i matične ćelije također su identificirane u perifernom nervnom sistemu, odnosno u karotidnom tijelu, enteričkom nervnom sistemu i ganglijima leđnih korijena odraslih [31–33].

Niše neuronskih matičnih stanica mozga odraslih visoko su specijalizirane strukture koje djeluju kao gnijezdo i prepreka za zaštitu, hranjenje i reguliranje sudbine matičnih stanica. To čine pružajući ćelijske i molekularne znakove pogodne za strogu kontrolu svojstava matičnih ćelija (npr. Samoobnavljanje, diferencijacija i mirovanje). Tipično, ove niše sadrže visok nivo kanonskih razvojnih signalnih puteva, posebno BMP, SHH, Wnt i Notch. Ovi signalni putevi precizno reguliraju proliferaciju/mirovanje, diferencijaciju/samoobnavljanje i migracijske/stacionarne ravnoteže u bazenu matičnih stanica. Osim toga, njihova posebna arhitektura pogoduje interakcijama između matičnih stanica i specifičnih stanica, poput vaskularnih stanica, kako bi se formirala takozvana neurovaskularna niša. Zapravo, stanje mirovanja i aktivacije odraslih matičnih stanica pomno reguliraju endotelne stanice putem proteina Jagged/Dll4/Notch1, VEGFR3/VEGFC i EphrinB2 [34–36]. Što se tiče predaka mozga odraslih, čini se da su ove stanice uglavnom predstavljene prekursorskim stanicama oligodendrocita (OPC) koje se mogu identificirati ekspresijom A2B5, PDGFRα, i NG2 [37]. Ove ćelije koje se nazivaju i polidendrociti, sinantociti ili NG2 + ćelije se razmnožavaju i uključene su u mijelinizaciju odraslih osoba.

4. Vaskularna plastičnost neuronskih matičnih ćelija i Vice-Versa

Mogućnost da se NSC mogu transdiferencirati u endotelne i pericite/ćelije glatkih mišića prvo je istražena u nedumoralnom kontekstu. Zaista, 2004. godine Wurmser i dr. [16] izvijestili su da su kulture neuronskih matičnih stanica odraslih kokulturne s ljudskim endotelnim stanicama eksprimirale CD146/MCAM, marker koji se u to vrijeme smatrao specifičnim za endotelne stanice. Nakon pročišćavanja i ekspanzije ćelija CD146 +, Wurmser i sur. zatim je pokazalo da te ćelije mogu eksprimirati markere endotelnih stanica kao što su CD31 i CDH5, da imaju Weibel-Palade tijela (granule se nalaze u endotelnim stanicama), a također mogu generirati strukture slične žilama u gelu matriksa. Oni su također mogli generirati endotelne ćelije nakon cijepljenja u embrionima. Ekspresija markera endotelnih ćelija, poput CD31, kao i stvaranje žila in vitro uočeno je u NSC kulturama izoliranim iz embrija čovjeka i miša [38, 39]. Prethodni radovi također su pokazali izuzetnu sposobnost NSC-a da se diferenciraju u velike, ravne ćelije slične SM-u koje izražavaju fenotipske karakteristike SMC-a [40, 41]. Osim toga, Oishi i sur. pokazalo je da SMC -i diferencirani od matičnih stanica CNS -a štakora imaju fiziološke karakteristike kontraktilnih stanica glatkih mišića [42]. Međutim, ovi su se eksperimenti uglavnom temeljili na ekspresiji nekoliko markera za koje se smatra da su specifični za dati tip ćelije.Na primjer, smatra se da je CD146 specifičan za endotelne stanice u [16] također izražen pericitima/glatkim mišićnim stanicama [43], a nedavno sekvenciranje velike propusnosti također je pokazalo da se CD146 nalazi u oligodendrocitima [44]. Štaviše, u ovim studijama autori su koristili heterogene kulture izvedene iz cijelog mozga odraslih osoba i nije provedeno niti nekoliko klonskih eksperimenata. Kao rezultat toga, nije jasno jesu li ove studije zasnovane bona fide NSC izvedeni iz VZ/SVZ ili alternativno ako su sadržavali manje ćelija ograničenih lozom, moguće nastalih iz moždanih ovojnica [45] ili krvnih žila. Ostaje da se potvrdi da li je transdiferencijacija u SMC i endotelne ćelije opšte svojstvo NSC ili je to ograničeno na određene podtipove ćelija.

Čini se da diferencijacija neuronskih multipotentnih stanica u vaskularne stanice nije jednosmjeran proces jer su tri članka izvijestila da periciti mozga, uključujući stanice izolirane iz ljudskog mozga, mogu generirati stanice slične neuronima i astrocitima manipulirajući uvjetima rasta in vitro [46–48]. Međutim, to nisu potvrdile dvije grupe [49, 50]. Zapravo se ove studije uglavnom oslanjaju na ekspresiju markera detektovanu imunofluorescencijom, na primjer, Tubb3 i Map2 za neurone i GFAP za astrocite. Međutim, ti proteini se također mogu eksprimirati neneuralnim stanicama, poput ovalnih stanica jetre za GFAP -ove mirne jetrene zvjezdane stanice [51], a Tubb3 je marker za limfne i venske zaliske [52]. Osim toga, neuronski markeri Tubb3 i Map2 mogu se naći i u glijalnim ćelijama [53, 54] dodajući dodatnu zabunu u polje. Kao rezultat toga, ostaje da se u potpunosti pokaže da ćelije koje se stvaraju jesu bona fide neurona/glija ćelija, a ne artefakata kulture. Treba pokazati da su te stanice koje izražavaju neuronske markere sposobne stvarati akcijske potencijale, stvarati sinapse i integrirati se u neuronske mreže. Zapravo, formiranje potpuno diferenciranih neurona iz pericita moglo bi zahtijevati dodatni genetski inženjering kako su pokazali Karow i sur. 2012. [15]. Zaista, ovaj tim je pokazao da je prekomjerna ekspresija Sox2 i Ascl1 u pericitima ljudi i miševa dovela do stvaranja neurona sposobnih za aktiviranje akcijskih potencijala i da ih drugi neuroni mogu kontaktirati. To ukazuje da periciti ostaju sposobni reagirati na faktore neuronske transkripcije kako bi svoju sudbinu preusmjerili u stanice neurona. Specifične transkripcijske mreže i epigenetski znakovi, još uvijek uglavnom nepoznati, mogu biti u osnovi ovog plastičnog ponašanja pericita. Multipotentna svojstva pericita također se mogu povezati s njihovim embrionalnim podrijetlom. Kao što je ranije spomenuto, periciti mozga uglavnom potječu od matičnih stanica živčanog grebena, za razliku od moždanih neurona i glijalnih stanica koje nastaju iz ventrikularne zone. Tokom razvoja i in vitro, matične ćelije neuralnog grebena mogu generirati periferne neurone i glijalne ćelije, ali i ćelije glatkih mišića. Moglo bi se uzeti u obzir hipoteza da periciti mozga održavaju svojstva matičnih stanica živčanog grebena ili čak predstavljaju skup uspavanih multipotentnih matičnih stanica neuralnog grebena koje se nalaze u mozgu odraslih.

5. Stanice slične glioblastomu i glioblastomu

Gliomi su najčešći primarni tumori mozga i imaju histološke značajke slične normalnim glijalnim stanicama, odnosno astrocitima i oligodendrocitima. Precizno ćelijsko porijeklo glioma ostaje nejasno. Iako su tradicionalni izvori favorizirali porijeklo iz normalnih glija ćelija, nedavni podaci ukazuju na neuronske matične ćelije (NSC) ili astrocite izvedene iz NSC ili ćelije prekursora oligodendrocita (OPC) [55]. Trenutna klasifikacija WHO-a razlikuje četiri stupnja malignosti i multiformni glioblastom (GBM, stupanj IV) koji je najopasnija po život, maligna i agresivna primarna neoplazma (prosječno vrijeme preživljavanja oko 15 mjeseci) koja čini više od polovice svih glioma. GBM pokazuje histološke dokaze o visokoj malignosti, uključujući nuklearnu atipiju i visoku mitotičku aktivnost, zajedno s mikrovaskularnom proliferacijom i nekrozom. Iako se histološki ne razlikuju, GBM je klasificiran u četiri molekularne podgrupe, odnosno klasične, mezenhimalne, proneuralne i neuralne tumore, prema različitim obrascima ekspresije gena [56]. Klasični podtip karakterizira amplifikacija EGFR -a. Iako se često nalazi gubitak tumorskog supresora PTEN -a i brisanje gena usmjereno na CDKN2A, nedostaje TP53 mutacija. Aktivacija puteva Notch i Sonic Hedgehog također je česta u ovom podtipu. Mezenhimalni GBM uglavnom sadrži gubitak/mutacije u NF1 gen za suzbijanje tumora koji kodira neurofibromin 1 i prikazuje aktivaciju i ekspresiju mezenhimskih markera kao što su CHI3L1, CD44 i VEGF TNF porodice i NFkB puteva. Proneuralna grupa ima visoku ekspresiju oligodendrocitnih markera (OLIG2, TCF3 i NKX2-2). Karakteriše ga gubitak/mutacije TP53, mutacije IDH1 (izocitrat dehidrogenaze 1), PDGFRα amplifikaciju i ekspresiju CpG otočnog metilatorskog fenotipa (CIMP). Najpoznatiji sekundarni GBM, koji potječe od glioma nižeg razreda, klasificiran je u ovaj molekularni podtip. Konačno, neuronski podtip tipično izražava neuronske markere. Pojačanje kopije hromozoma 7 zajedno sa gubitkom kopije hromozoma 10 preovladava u neuronskom podtipu. GBM su otporni na radio i hemoterapiju, a karakteriziraju ih i obilna i abnormalna vaskulatura. Što se tiče drugih vrsta karcinoma, poznato je da se GBM sastoji od heterogene ćelijske populacije, neoplastične i neoneoplastične, što dopušta da podskup ovih stanica postane refraktoran na kemoterapiju i radioterapiju [57–59]. U podskupu GBM-a, nekoliko timova, uključujući naš, uspjelo je izolirati ćelije koje stvaraju neurosferu i pokazuju multipotencijalna i samoobnavljajuća svojstva in vitro. Ove ćelije izražavaju markere OPC -a i NSC -a, poput A2B5, Olig2 i Sox2. U eksperimentima s ortotopskim transplantatom oni imaju visok tumorigeni potencijal i sposobni su generirati nekoliko tipova tumorskih stanica. Čini se da su te stanice nazvane "matične ćelije slične glioblastomu" (GSC) [60, 61] sporo rastuće ili mirujuće i da se nalaze u određenim tumorskim nišama. Nedavna istraživanja također ističu heterogenost i dinamiku GSC -a prema klasifikacijama podtipa izvornog tumora. Zaista, pokazalo se da GSC mogu prijeći iz proneuralnog u mezenhimalni fenotip [62]. Štaviše, druga grupa je nedavno predložila koegzistenciju više GSC subpopulacija u tumorima [63].

6. Ukrštanje između GSC -a i vaskularnih ćelija unutar perivaskularne niše

Opsežna neovaskularizacija smatra se glavnim patološkim obilježjem GBM -a. Zaista, GBM je rangiran među najvaskularizovanim solidnim tumorima [64]. Osim specifičnog ciljanja GSC-a, ciljanje posuda povezanih s gliomom predstavlja veliki terapijski izazov.

Tačno, različiti, ali preklapajući mehanizmi vaskularizacije opisani su u kontekstu glioma [65]. Ukratko, vaskularna kooperacija smatra se preliminarnim korakom ka vaskularizaciji, gdje se invazivne stanice raka pregrupiraju oko normalnih mikro posuda [66, 67]. Posljedično, ovaj proces rezultira nekrozom i hipoksijom uzrokovanom rastom tumora, što zauzvrat izaziva nicanje angiogeneze [68]. Oba mehanizma koriste zajedničke molekularne efektore uključene u fiziološku angiogenezu (odjeljak 2), kao što su angiopoetini/Tie2 [67, 69, 70] VEGF [71] Ephrins [72] Dll4-Notch1 [73] PDGF-B/PDGFRβ [74] i signalni putevi SDF1-CXCR4 [75, 76]. Pokazalo se da je angiogeneza u gliomima ili ovisna o hipoksiji [70] ili o hipoksiji neovisna [70, 77–79]. Vaskulogeneza, koja uključuje regrutiranje i diferencijaciju cirkulirajućih stanica izvedenih iz koštane srži ili endotelnih progenitorskih stanica (EPC) [80], također je dokazana u gliomu [81], ali je trenutno osporavana i kontroverzna, uglavnom zbog rasprave o identifikacijskim markerima EPC-a . Na molekularnom nivou, vaskulogeneza dijeli zajedničke signalne signale s angiogenezom [65]. Nadalje, vaskularna mimikrija (VM) predstavlja alternativni mehanizam pomoću kojeg tumorske stanice stvaraju mreže poput posuda na račun EC. Zaista, ovaj proces je opisan u tkivima humanog glioblastoma [82, 83] i ksenotransplantatima humanih glioma [84, 85]. Ovi procesi zajedno dovode do strukturno i funkcionalno abnormalnih žila, koje karakterizira kaotična, loše organizirana vaskulatura sa zakrivljenim, nepravilnim oblikom, propuštanjem i disfunkcionalnim staničnim slojem endotela [86, 87]. U tom kontekstu, endotelne ćelije su često slabo povezane jedna s drugom i prekrivene su manje i abnormalnim muralnim pericitima [87–89].

Najnoviji mehanizam neovaskularizacije glioma opisuje sposobnost stanica glioma da formiraju vlastitu vaskulaturu [65] i izravno implicira podskup GSC -a kao sposobnost transdiferencijacije u endotelne stanice (EK) [90, 91]. Već smo ukazali na blisku interakciju između NSC -a i vaskularnih stanica u fiziološkoj neurovaskularnoj niši [92]. Na sličan način, predloženo je da se GSC-i nalaze u specifičnim perivaskularnim nišama tumora koje pružaju određeno mikrookruženje potrebno za njihovo održavanje i samoobnavljanje [18, 93, 94]. Ova GSC niša, slično kao i NSC niša, sastoji se od mnogo različitih ključnih igrača koji uključuju ne samo vaskularne ćelije već i tumoralne, stromalne, glijalne, neuronske, mikroglijalne i imunološke ćelije, kao i okolna hipoksična i nekrotična stanja [94– 97].

U tom kontekstu, pokazalo se da EC mozga sudjeluju u zaostajanju GSC -a putem glavnih signalnih puteva koji uključuju Notch [96], Sonic Hedgeha (SHH) [98], endotelni dušikov oksid eNOS [99] i HIF kaskade [94]. Zauzvrat, GSC su demonstrirani kao aktivni igrači u procesima neovaskularizacije povezane s gliomom [65]. Tačnije, GSC-i su sposobni lučiti citokine VEGF i SDF-1 i na taj način promovirati angiogenezu i vaskulogenezu u modelima ksenografta [100, 101]. Štaviše, gliosfere CD133 + izvedene iz tumora analiziranih na vaskularnu mimikriju (VM) i histološki smatrane kao VM + bile su u stanju generirati mreže vaskularnih tubula in vitro, podržavajući doprinos GSC -a vaskularnoj mimikriji u gliomu [83]. U novije vrijeme pokazalo se da su citokini [102] i proteini izvanćelijskog matriksa [103–105] glavni regulatori integriteta perivaskularne niše GSC.

Stoga perivaskularna niša postavlja jedinstvene uvjete koji promiču preživljavanje GSC -a i rast tumora (slika 2). Ovaj aspekt treba uzeti u obzir pri proučavanju fenotipske plastičnosti GSC -a tijekom transdiferencijacije. Na kraju, ono što bi se moglo smatrati novim mehanizmom neovaskularizacije glioma nedavno je opisano i nadalje dokazano da GSC -i imaju posebnu plastičnost. Zaista, pokazalo se da su GSC sposobni razlikovati se u ono što je definirano kao zidne, G-pericitne ili pericitne ćelije, što je dodatno zakompliciralo sliku. Sljedeći odjeljci ići će dalje u eksperimentalne pristupe i prikupljanje dokaza o transdiferencijaciji EZ-a ili o transdiferencijaciji GSC-a poput pericita. Također ćemo pokušati ukazati na odstupanja i ono što treba istražiti u budućim smjerovima.


Reference:

Mansour AA, Gonçalves JT, Bloyd CW, Li H, Fernandes S, Quang D, Johnston S, Parylak SL, Jin X, Gage FH. In vivo model funkcionalnih i vaskulariziranih organoida ljudskog mozga. Nat Biotechnol. 2018. jun36 (5): 432-441. Epub 2018. 16. april PubMed.

Trujillo CA, Gao R, Negraes PD, Gu J, Buchanan J, Preissl S, Wang A, Wu W, Haddad GG, Chaim IA, Domissy A, Vandenberghe M, Devor A, Yeo GW, Voytek B, Muotri AR. Složeni oscilatorni valovi koji proizlaze iz modela kortikalnih organoida Rani razvoj moždane mreže čovjeka. Ćelija Matična ćelija. 2019. listopada 325. (4): 558-569.e7. Epub 2019. avgust 29 PubMed.

Abud EM, Ramirez RN, Martinez ES, Healy LM, Nguyen CH, Newman SA, Yeromin AV, Scarfone VM, Marsh SE, Fimbres C, Cavaway CA, Fote GM, Madany AM, Agrawal A, Kayed R, Gylys KH, Cahalan MD , Cummings BJ, Antel JP, Mortazavi A, Carson MJ, Poon WW, Blurton-Jones M. Ljudske ćelije slične mikrogliji izvedene iPSC-om za proučavanje neuroloških bolesti. Neuron. 2017. travanj 1994. (2): 278-293.e9. PubMed.

Cakir i dr. su uspostavili organoidni model mozga koji nosi vaskularni sistem koji funkcionira kod implantiranih miševa. Ovaj sistem je jedinstven po mnogo čemu u usporedbi s prethodnim objavljenim organoidima mozga i ima ogroman potencijal za ispitivanje terapijskih sredstava i određivanje njihove propusnosti kroz krvno -moždanu barijeru (BBB).

Dok standardni in vitro testovi propusnosti služe kao polazna tačka za uklanjanje mnogih spojeva sa lošim omjerom mozga i plazme, poželjniji je fiziološki relevantniji model koji oponaša okoliš mozga. Na primjer, Cakir i sur. pokazala oštećenja vaskularnih struktura oligomernim vrstama Aβ42 (ne Aβ vlaknima) u njihovim organoidima mozga. Zanimljivo je pitanje, je li moguće da visoki nivoi oligomernog Ap sadrže cerebrovaskularni integritet i omogućuju terapijskim biološkim lijekovima i spojevima malih molekula da slobodno prolaze kroz BBB u mozgu pacijenata s Alzheimerovom bolešću? S druge strane, poznato je da ApoE održava BBB funkciju, ali ApoE-4 djeluje na suprotan način. Sa svim skupovima genetskih alata, te se varijable mogu ugraditi u ovaj prijavljeni organoidni sistem mozga za modeliranje starenja mozga kod pacijenata sa AD.

Važna primjena organoida mozga je stvaranje in vitro modela za skrining lijekova velike propusnosti. Prijavljeni model sistema mogao bi se koristiti za testiranje propusnosti velikog molekularnog reportera, poput FITC-dekstrana, kao i lijekova malih molekula. Laserska desorpcija/ioniziranje-masena spektrometrija uz pomoć matrice može se primijeniti za vizualizaciju distribucije spojeva i polukvantificiranje izloženosti lijeku unutar organoida, kako je ranije objavljeno (Cho et al., 2017). Ovaj pristup je sličan otkrivanju FITC-dekstrana pod fluorescentnim mikroskopom. Što je još važnije, biokemijska očitavanja mogu se dobiti iz susjednih dijelova moždanih organoida i može se ispitati efikasnost spojeva. Stoga, prijavljeni organoidni sistem mozga sa vaskularnom strukturom može pružiti prostornu rezoluciju pored klasičnog odnosa izloženosti lijeku i efikasnosti za spojeve od interesa.


O Wiston Houseu

Radionice će se održavati u prelijepoj kući Wiston, zgradi iz 16. stoljeća koja je na popisu I, koja se nalazi u podnožju South Downsa u Zapadnom Sussexu. Kuća je okružena sa preko 6000 hektara parka s veličanstvenim pogledom s kilometraže vožnje.

Wiston House je dom Wilton Parka, jednog od vodećih svjetskih centara za raspravu o ključnim pitanjima međunarodne politike. Wilton Park osnovan je 1946. godine kako bi pomogao ponovnom uspostavljanju mira i demokracije u Evropi kao dio inicijative koju je inspirirao Winston Churchill. Wiston House ima zadivljujuću istoriju i pojavljuje se u Domesday Book -u, registru engleskog posjeda koji je William Osvajač napravio 1086. godine, 20 godina nakon što je pobijedio u bitci kod Hastingsa.

Wiston House udaljen je 32 km od aerodroma Gatwick i 60 milja od aerodroma Heathrow. Najbliža željeznička stanica je Shoreham-by-Sea, koja je udaljena 20 minuta vožnje taksijem od Wiston Housea i 1 sat i 10 minuta od londonske Victoria.

Wiston House
Steyning Road
Steyning
West Sussex
BN44 3DZ
Tel: +44 (0) 1903 815020
www.wistonhouse.co.uk


5 Zaključci i perspektive

Ogroman napor uložen je u inkorporaciju vaskulature u organoide. Uprkos brojnim dostupnim protokolima za različite vrste organoida, mnoge od tih strategija su prilično generičke, pa imaju potencijal da se prošire izvan specifičnih primjera o kojima smo govorili. U ovom trenutku, svaka vrsta organoida obično je povezana s više različitih generacijskih protokola, od kojih je većina još uvijek vođena empirijskim razmatranjima. Detaljna poređenja različitih protokola u smislu funkcionalne karakterizacije, relativnog ćelijskog sastava, efikasnosti izvođenja su oskudna. Štoviše, naše je znanje još uvijek prilično ograničeno u identificiranju različitih mehanizama i faktora koji potiču razvoj vaskulature, uključujući složene interakcije s parenhimskim stanicama, odgovarajuće mikrookruženje, srodne citokine i faktore rasta, da nabrojimo samo neke. S ponovnim fokusom na razumijevanje temeljne biologije povezane s organoidnom vaskularizacijom, predviđamo otkriće dodatnih mehanizama za formiranje vaskulature, posebno upotrebom mehaničkih znakova i novih genetskih sklopova. Uzeto zajedno, formiranje vaskulature bit će inducirano unutar organoida na robusniji i učinkovitiji način, integriranjem više faktora koji mogu djelovati sinergistički s najprikladnijim protokolima za izvođenje organoida.

Značajno je da su vaskularni slojevi koji se pokreću različitim principima dizajna uspješno konstruirani, obično ili zasijavanjem unaprijed formirane mreže kanala, ili prirodnom samoorganizacijom i samo-montažom. U ovom trenutku, samoorganizirane mreže žila unutar matrice 3D hidrogela putem angiogeneze ili vaskulogeneze zasijanih EC-a je metoda izbora za smještaj pre-vaskulariziranih organoida, budući da samoorganizirane vaskulature rekapituliraju in vivo kapilare u obliku i funkciji. Međutim, s naglim tehnološkim napretkom bioštampanja i skela, predviđamo da će se u bliskoj budućnosti moći realizirati mogućnost proizvodnje posuda obloženih endotelom na kapilarnoj razini. Ovo obećava da će olakšati izradu fiziološki relevantnog i potpuno kontroliranog vaskularnog sistema sa specificiranom geometrijom, ćelijskim sastavom i unaprijed uzorkovanom prostorno-vremenskom distribucijom relevantnih faktora rasta. Hoće li se ovaj pristup pokazati učinkovitijim od prirodnog samo-sastavljanja, ostaje da se vidi. U dugoročnim kulturama ovo također postavlja pitanje važnosti remodeliranja mreže, što bi vjerojatno bilo potrebno kako organoidi rastu i razvijaju se.

Da bi se osigurala uspješna zajednička kultura, vanjska noseća matrica mora biti optimizirana kako bi podržala razvoj i rast i organoida i inženjerske vaskulature. Trenutno većina pristupa koristi prirodne hidrogelove zbog njihove biokompatibilnosti i pogodnosti. Međutim, prirodni hidrogelovi se ne mijenjaju lako s mehaničkim svojstvima i individualno reguliranim prikazom liganda. Osim toga, sastav nekih matrica životinjskog podrijetla, poput Matrigela, na primjer, loše je definiran i podložan je varijacijama od serije do serije, čime se ograničava ponovljivost između eksperimenata. Nasuprot tome, potpuno definirani sintetički hidrogelovi imaju pokazan potencijal da posluže kao prikladne 3D matrice za poboljšanje pouzdanosti s potpuno kontroliranim fizičkim i biomolekularnim svojstvima mikrookruženja, 90 iako je važno znati da će pod dugoročnom kulturom početna matrica postupno biti razgrađen i zamijenjen matricom izlučene iz ćelija.

Još jedan napredak koji će zasigurno doći je upotreba EC-a izvedenih iz PSC-a iz istog izvora kao i organoida, koji bi trebao težiti povećanju šanse za uspješnu zajedničku kulturu u formiranju i povezivanju unutarnjih i vanjskih vaskularnih korita. iPSC-EC su pokazale sposobnost formiranja funkcionalnih posuda, baš kao i primarne EC. 68,91 Ovo je potencijalno korisno jer će se EC izvedene iz PSC vjerojatno preoblikovati i evoluirati u organotipnu vaskulaturu u prisutnosti ugrađenih organoida kroz složene interakcije. 92,93 Bit će potrebna detaljna karakterizacija kako bi se pokazala evolucija organotipske vaskulature pod dugotrajnom zajedničkom kulturom s organoidima. Jednom kada se spoji sa sposobnošću intravaskularne perfuzije, dovest će doista funkcionalnu vaskulaturu u organoidne modele, čime će uvelike poboljšati fiziološku važnost organoida da oponašaju njihove in vivo kolege.

Uspješna intravaskularna perfuzija organoida postignuta transplantacijom in vivo jasno pokazuje da se većina organoida, s obzirom na odgovarajuće mikro okruženje, može vaskularizirati kroz postojeći vaskularni korit. Potrebni su dodatni napori kako bi se razumjeli i identificirali ključni koraci u ovom procesu, te na kraju implementirali in vitro neophodni biokemijski i mehanički znaci za stvaranje potpuno perfuziranog sistema. To će zahtijevati zajednički napor naučnika i inženjera iz različitih multidisciplinarnih oblasti. Zamišljamo da će nas konvergencija različitog napretka iz biomaterijala, mikrofluidnog inženjeringa i biologije matičnih stanica na kraju dovesti do potpuno vaskulariziranih organoida s intravaskularnom perfuzijom in vitro. Kada se ovaj cilj ostvari, postat će neprocjenjivo oruđe za daljnje proširenje primjene organoidne tehnologije.


Pogledajte video: Vrcak Todevska - Pop Pero (Januar 2022).