[发明专利]人类多能细胞的皮层生成

说明书

技术领域

本发明涉及多能人类细胞中皮层生成（皮质生成，corticogenesis）的体外诱导。

背景技术

大脑皮层（皮质，cortex）是哺乳动物中枢神经系统的综合和执行中心，构成了超过四分之三的人类大脑（Mountcastle,V.B.The Cerebral Cortex,(Harvard University Press,Cambridge,Mass.1998）。大脑皮层的疾病是儿童和成人发病和死亡的主要原因，范围从发育病症如癫痫症和自闭症到生命晚期的神经变性病症，如阿尔茨海默病。已对啮齿动物模型的大脑皮层发育、功能、和疾病的基本特征进行了大量研究。然而，灵长类动物，尤其是人类大脑皮层在很多方面中与啮齿动物不同（Finlay,B.L.et al.Science268,1578-84(1995)）。除了大脑皮层的尺寸相对于神经系统的其他部分显著增长之外，这些还包括其发育中的干细胞群的尺寸、复杂性、和性质（Rakic,P.Nat Rev Neurosci10,724-35(2009)），上层多样性、后生的（later born）神经细胞类型、和深层中灵长类动物特异性神经元类型的存在的增加（Hill,R.S.et al，Nature437,64-7(2005)）。以受控的、确定的方式由胚胎干细胞和诱导的多能干细胞（统称为多能干细胞，PSC）进行的模型化人类皮层发育的方法具有相当大的潜力，使得能够功能性研究人类皮层的发育、电路形成、和功能，以及构建皮层疾病体外模型。考虑到大脑皮层中的许多主要疾病都是突触功能的疾病，该领域的目标是产生极为类似于在体内发现的皮层网络的体外皮层网络。

大脑皮层含有两种主要类型的神经元：约80%为兴奋性的、谷氨酸能（glutamatergic）投射神经元，其由皮层干细胞和祖细胞产生，而其余20%为在皮层外部产生且在发育期间移行的GABA能（GABAergic）中间神经元（Wonders,C.P et al.Nat Rev Neurosci7,687-96(2006)）。形成成人皮层的六层的谷氨酸能投射神经元以固定的时间顺序形成，首先产生深层神经元而最后产生上层神经元。在小鼠中，该过程花费约6天，而在人类皮层神经形成中持续超过70天（Caviness,V.S.,Jr et al Trends in Neurosciences18,379-83(1995)）。产生后，不同类型的皮层投射神经元在皮层的各层之间形成标准局部微电路（microcircuit）（Douglas,R.J.et al.Annu Rev Neurosci27,419-51(2004)），以及形成较长程（longer-range）的内皮层连接和外皮层连接，包括皮层脊髓束投射、丘脑皮层和胼胝体投射（Fame,R.M.,et al Trends in neurosciences34,41-50(2011);Lopez-Bendito,G et al Nature reviews.Neuroscience4,276-89(2003)）。

尽管已显示小鼠ES细胞能够通过抑制音猬因子（sonic hedgehog）在神经诱导期间的信号化（信号发出，signalling）而在体外分化为大脑皮层神经元（Bibel,M.et al.Nat Neurosci7,1003-9(2004);Gaspard,N.et al.Nature455,351-7(2008);Eiraku,M.et al.Cell Stem Cell3,519-32(2008)），但是为模型化皮层发育做出的努力的共同问题是当深层产生时，已获得先生的（early-born）神经元，而皮层神经形成的完整程序尚未由在培养物中的多能干细胞进行。对于来自ES细胞的人类皮质生成尤其如此，迄今为止尚未以确定的、有力的、和有效的方式达到（Au,E.et al.Cell stem cell3472-4(2008)）。已经提出这种失败的一个原因是由ES细胞的定向分化没有再生成在体内皮层中发现的复杂干细胞/祖细胞群（Hansen,D.V.et al.Neuron70,645-60(2011)）。