帕金森病（Parkinson's Disease, PD）是继阿尔茨海默病之后的第二大常见神经退行性疾病，其典型的病理特征是中脑黑质脑区随衰老而出现多巴胺能神经元（Dopaminergic Neurons, DNs）的渐进性退变死亡，且伴有病理性α-突触核蛋白（α-synuclein）聚集形成的路易氏小体。研究显示，在PD患者出现典型的运动症状之前，通常已经有超过50%的DNs丧失。因此，针对神经元损伤机制的研究为开发PD的治疗策略提供了新的思路。
https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.10.007
PD对神经元的影响
近年来，研究者已开展多项临床试验，探索利用人类胚胎或诱导多能干细胞（PSCs）来源的DNs前体进行细胞移植的可能性，旨在替代患者体内缺失的神经元。早在20世纪80年代至90年代，就有研究显示，通过移植胎儿腹侧中脑组织到PD患者的大脑特定区域，如尾状核与壳核，能够实现PD症状的部分缓解。
ACROBiosystems百普赛斯特别推出了针对PD研究的前沿解决方案：神经祖细胞（Neural Progenitor Cells, NPCs）、多巴胺能神经元（Dopaminergic Neurons, DNs）、中脑类器官（Midbrain Organoids, MBOs）以及微电极阵列（Microelectrode Array, MEA）检测服务，助力加速PD相关的神经退行性疾病的基础与临床研究。
NPCs是一类具有自我更新能力，并具有多种神经细胞分化潜能的未成熟细胞。在大脑发育过程中，NPCs负责产生各种类型的神经元和支持细胞。对于PD而言，利用NPCs定向分化为DNs的能力尤为重要。通过重编辑技术，可以从患者的体细胞中诱导产生iPSCs，再进一步分化为携带相同遗传背景的NPCs。这种方法不仅有助于建立疾病模型，还能为细胞替代疗法提供潜在的细胞来源。
神经干细胞分化为神经元的流程
2023年，来自美国Cedars-Sinai医学中心的研究人员，利用iPSC分化为NPCs，并通过神经胶质细胞系衍生的神经营养因子GDNF对其进行转导。在针对两种不同神经退行性疾病（肌萎缩侧索硬化症和视网膜退化）的动物模型测试中，发现iPSC来源的NPCs能够有效防止神经元死亡，从而提高治疗效果。该研究为未来开展iPSC工程化、患者特定的NPCs治疗神经退行性疾病的安全性和有效性临床试验提供了理论依据，具有重要的临床意义。
ACROBiosystems百普赛斯的神经祖细胞产品
多巴胺作为重要的神经递质，在调节运动、情绪及认知功能等方面发挥着关键作用。DNs是负责合成并释放多巴胺的一类神经细胞，主要分布在中脑的黑质致密部。PD患者由于DNs的逐渐死亡，导致脑内多巴胺水平下降，进而出现一系列临床症状。因此，研究DNs的生理功能及其在疾病状态下的变化规律，对于揭示PD的发病机制具有重要意义。
http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroscience.2014.10.037
健康和PD状态下DNs中离子通道
2022年，哈佛大学的研究团队通过单核RNA测序（snRNA-seq）定义了十个具有不同转录特征的DNs集群，并使用高分辨率空间转录组学技术对这些集群进行空间定位，发现了一类在PD病变中特别脆弱的DNs。这些发现有助于揭示PD的细胞特异性病理变化，并为开发针对性的治疗方法提供新线索。
ACROBiosystems百普赛斯的多巴胺能神经元产品
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精准模拟：采用专有分化方案，可从iPSCs有效再现人类DNs的特性。
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优化冷冻保存：在最佳分化阶段冷冻，确保细胞的高存活率和功能性。
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严格性能表征：使用免疫荧光染色及电生理学实验验证细胞功能，可用于药物筛选和神经毒性评估。
PD是一种以中脑黑质致密部DNs选择性丧失为特征的神经退行性疾病。脑类器官，特别是模拟人类中脑，对研究人类脑发育和PD具有重要意义。MBOs是一种通过三维培养技术从人类iPSCs或NPCs中诱导形成的微型组织结构，不仅包含多种类型的神经细胞，而且能够形成类似于体内环境的复杂网络，为研究PD提供了理想的体外模型。
https://doi.org/10.1016/j.lfs.2024.122610
患者来源的血管化中脑类器官
在PD研究中，患者来源的MBOs展现出几个关键应用方向：
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疾病建模：利用患者来源的iPSCs构建MBOs，可以再现PD患者特有的DNs损伤表型，帮助研究者更准确地理解疾病的起因和发展过程。
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药物筛选：MBOs可以作为高效的药物筛选平台，用于评估新药对DNs的保护效果，加速药物研发流程。
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细胞疗法：通过优化NPCs向DNs的分化条件，MBOs有望成为细胞替代疗法的理想细胞源，为PD患者带来新的治疗希望。
2021年，新加坡基因组研究所的研究团队首次构建了模拟PD主要病理特征的微型大脑，提供了一种研究退行性脑疾病如何进展和探索可能的治疗方法的新途径。这些类器官不仅能够展示路易体的产生和黑质DNs的逐渐丧失，还能够用于研究疾病的发展方式以及减缓或阻止DNs的丧失。
ACROBiosystems百普赛斯的脑类器官产品
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即用型产品：经过48小时恢复后即可使用，操作方便。
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严格质控：产品具有高品质及高批间一致性。
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高度仿真：细胞和结构组成类似于人类中脑，高表达多巴胺能神经元、成熟神经元和多巴胺能前体细胞。
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明确的功能特征：中脑类器官随多巴胺氧化作用而变黑，适用于帕金森疾病建模和药物筛选。
MEA是一种先进的电生理检测技术，广泛用于神经科学、药物开发和发育生物学等领域。其通过在培养板表面嵌入多个微电极，与细胞直接接触，形成稳定的细胞-电极界面，能够同时监测和记录多个细胞的电生理活动，并将其快速传递到MEA系统进行分析。
MEA技术的显著优势在于其高效性、无创性和长期监测能力。与传统的电生理技术不同，MEA可以在不破坏细胞结构的情况下，对细胞网络进行长期、实时的电生理监测，动态捕捉神经回路的活动变化。这使得MEA技术在PD等神经退行性疾病的研究中具有极大的应用潜力。
微电极阵列（MEA）技术
ACROBiosystems百普赛斯的MEA检测服务
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精确、无创的数据采集：无需标记或侵入性操作即可记录电活性细胞的细胞外电压，保留其自然状态。
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优化的实验环境：提供稳定的CO2和温度控制，适用于短期或长期研究。
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业界领先的类器官电生理检测：已成功将MEA检测系统应用于心脏和大脑类器官，能够有效测试心电图及大脑中神经电信号的生成和传递。
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神经祖细胞
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多标志物表达：Nestin, SOX2和PAX6
Human iPSC-Derived Neural Progenitor Cells (Cat. No. CIPC-NWC001) have been identified through immunofluorescence staining to express well-known NPC markers such as Nestin, SOX2 and PAX6.
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多巴胺能神经元
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NPCs向DNs分化潜力经免疫荧光验证
Human iPSC-Derived Neural Progenitor Cells (Cat. No. CIPC-NWC001) have the ability to differentiate into dopamine neurons (Cat. No. CIPC-DWC001).
The midbrain organoids (Cat. No. CIPO-MBWL001K) exhibit high expression of TH (dopaminergic neurons), MAP2 (mature neurons), as well as FOXA2 and OTX2 (dopaminergic progenitor cells) on day 37.
On day 37, midbrain organoids show significantly higher expression of TH and FOXA2 compared to cerebral organoids (Ca. No. CIPO-BWL001K).
L-dopa causes midbrain organoids to turn black due to dopamine synthesis and subsequent oxidation into dark pigments.
Human iPSC-Derived Dopamine Neurons (Cat. No. CIPC-DDC001) cultured on MEA plates show strong spontaneous firing with regular burst patterns, confirming successful network formation and functional connectivity, suitable for neurophysiological research.
This experiment demonstrates the dose-dependent effects of Haloperidol on neuronal firing in Human iPSC-Derived Dopamine Neurons (Cat. No. CIPC-DDC001). At 0.1 μM, firing activity increases, decreases at 1 μM, and is nearly abolished at 10 μM, confirming normal receptor function. These results validate the neurons' suitability for drug screening and neurotoxicity studies.
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参考文献
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5. Kamath, Tushar, et al. "Single-cell genomic profiling of human dopamine neurons identifies a population that selectively degenerates in Parkinson’s disease." Nature neuroscience 25.5 (2022): 588-595.
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