発達毒性のモデリングのために設計された腓骨周囲血管叢

Engineered Perineural Vascular Plexus for Modeling Developmental Toxicity.

• Gaurav Kaushik
• Kartik Gupta
• Victoria Harms
• Elizabeth Torr
• Jonathan Evans
• Hunter J Johnson
• Cheryl Soref
• Suehelay Acevedo-Acevedo
• Jessica Antosiewicz-Bourget
• Daniel Mamott
• Peyton Uhl
• Brian P Johnson
• Sean P Palecek
• David J Beebe
• James A Thomson
• William T Daly
• William L Murphy

抄録

毒性化合物が脳に及ぼす生物学的影響を再現するために、発生途上のヒト脳のin vitroモデルを開発する必要性が非常に高まっています。胚発生の重要な段階であるin vitroで神経周囲血管叢（PNVP）をモデル化するために、ヒト胚性幹細胞（hESC）由来の内皮細胞（EC）、神経前駆細胞、およびカスタム設計されたマイクロ流体デバイス内の合成ヒドロゲル内の一次ペリサイト（PC）とミクログリア（MG）を共培養されています。EC（CD31+、VE-カドヘリン+）、MG（IBA1+）、PC（PDGFRβ+）のネットワークを含む血管叢、および分化した神経細胞（βIII Tubulin+、GFAP+）と放射状グリア（Nestin+、Notch2NL+）を含む神経細胞層の形成を特徴としています。脳由来の神経栄養因子分泌の増加と、血管叢と神経細胞による代謝物分泌の経時変化は、PNVPの機能性と一致している。複数濃度の発生毒性物質（催奇形性物質、微小グリア破壊物質、血管網破壊物質）は、神経細胞層へのECおよびMGの移動を有意に減少させ、血管網の形成を阻害し、血管内皮増殖因子A（VEGFA）の分泌を減少させる。3次元細胞移動、代謝活性、血管ネットワークの破壊、細胞毒性を定量化することで、PNVPモデルは、発生毒性の生理学的な予測を行うための有用なツールとなる可能性がある。

There is a vital need to develop in vitro models of the developing human brain to recapitulate the biological effects that toxic compounds have on the brain. To model perineural vascular plexus (PNVP) in vitro, which is a key stage in embryonic development, human embryonic stem cells (hESC)-derived endothelial cells (ECs), neural progenitor cells, and microglia (MG) with primary pericytes (PCs) in synthetic hydrogels in a custom-designed microfluidics device are cocultured. The formation of a vascular plexus that includes networks of ECs (CD31+, VE-cadherin+), MG (IBA1+), and PCs (PDGFRβ+), and an overlying neuronal layer that includes differentiated neuronal cells (βIII Tubulin+, GFAP+) and radial glia (Nestin+, Notch2NL+), are characterized. Increased brain-derived neurotrophic factor secretion and differential metabolite secretion by the vascular plexus and the neuronal cells over time are consistent with PNVP functionality. Multiple concentrations of developmental toxicants (teratogens, microglial disruptor, and vascular network disruptors) significantly reduce the migration of ECs and MG toward the neuronal layer, inhibit formation of the vascular network, and decrease vascular endothelial growth factor A (VEGFA) secretion. By quantifying 3D cell migration, metabolic activity, vascular network disruption, and cytotoxicity, the PNVP model may be a useful tool to make physiologically relevant predictions of developmental toxicity.

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