選択されたイオントロピー性受容体と電圧依存性イオンチャネル。ヒト誘導多能性幹細胞(iPSC)由来侵害受容体の機能性を向上させる

Selected Ionotropic Receptors and Voltage-Gated Ion Channels: More Functional Competence for Human Induced Pluripotent Stem Cell (iPSC)-Derived Nociceptors.

• Clemens L Schoepf
• Maximilian Zeidler
• Lisa Spiecker
• Georg Kern
• Judith Lechner
• Kai K Kummer
• Michaela Kress

抄録

異なるげっ歯類モデル系を用いた前臨床研究は、疼痛分野の科学的進歩に大きく貢献してきたが、種間の違い、ヒトモデルへのアクセスの制限、倫理的な問題などに悩まされてきた。ヒト多能性幹細胞（iPSC）は動物モデルに比べて大きな利点がある。その結果、ヒト iPSC 由来の侵害受容体（iDN）は、患者特異的で動物に依存しない研究のために、興味をそそられるほど新しい可能性を提供します。本研究では、よく知られている侵害受容性マーカーとイオンチャネルの発現に基づいて iDN を特徴付け、マウス感覚ニューロンと iDN を並べて比較した。具体的には、初期体性感覚転写因子（BRN3A/ISL1/RUNX1）、低親和性神経成長因子受容体（p75）、超分極活性化環状ヌクレオチドチャネル（HCN）を含む選択されたマーカーを用いた免疫蛍光（IF）解析を行った。iDNの表現型の特徴を調べるために、Ca2型の高電圧ゲートカルシウムチャネル（VGCC）、カルシウム透過性TRPV1チャネル、およびイオントロピックGABA受容体を使用した。さらに、IF解析とマイクロフルオロメトリックCa測定を組み合わせて、iDNにおけるこれらのイオンチャネルの機能性を調べた。このようにして、我々はiDNの詳細な形態学的および機能的特徴を提供し、それによって、病態生理学的メカニズムを明らかにし、偏りのない疾患特異的な個別化された薬剤開発のための痛みの分野でのヒト特異的研究のための動物を使用しない代替手段としてのiDNの巨大な可能性を裏付けている。

Preclinical research using different rodent model systems has largely contributed to the scientific progress in the pain field, however, it suffers from interspecies differences, limited access to human models, and ethical concerns. Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) offer major advantages over animal models, i.e., they retain the genome of the donor (patient), and thus allow donor-specific and cell-type specific research. Consequently, human iPSC-derived nociceptors (iDNs) offer intriguingly new possibilities for patient-specific, animal-free research. In the present study, we characterized iDNs based on the expression of well described nociceptive markers and ion channels, and we conducted a side-by-side comparison of iDNs with mouse sensory neurons. Specifically, immunofluorescence (IF) analyses with selected markers including early somatosensory transcription factors (BRN3A/ISL1/RUNX1), the low-affinity nerve growth factor receptor (p75), hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels (HCN), as well as high voltage-gated calcium channels (VGCC) of the Ca2 type, calcium permeable TRPV1 channels, and ionotropic GABA receptors, were used to address the characteristics of the iDN phenotype. We further combined IF analyses with microfluorimetric Ca measurements to address the functionality of these ion channels in iDNs. Thus, we provide a detailed morphological and functional characterization of iDNs, thereby, underpinning their enormous potential as an animal-free alternative for human specific research in the pain field for unveiling pathophysiological mechanisms and for unbiased, disease-specific personalized drug development.