Development of a network formation assay for developmental neurotoxicity hazard screening using 3D human iPSC derived BrainSpheres.
Neurotoxicology · 2025 · 111:103328 · PMID 41106560 · 등급6 세포·모델 in vitro · 비발암 건강영향 > 신경독성 · 사람
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
발달하는 뇌에 환경성 신경독소에 노출되는 것은 구조 및/또는 기능의 영구적인 변화를 초래할 수 있다. 화학적 노출이 신경 발달에 미치는 영향을 조사하기 위해, 성숙한 뉴런 집단을 형성하고 자발적인 전기 활동을 나타낼 수 있는 인간 유도만능줄기세포(iPSC)-유래 신경 BrainSphere 모델이 활용되었다. 발달성 신경독성 스크리닝을 위한 네트워크 형성을 모델링하기 위해, 분화 시작 3주 후 발달 중인 BrainSpheres를 고밀도 미세전극 배열(hdMEA) 위에 배양하였다. 배양 시작 후 2일부터 BrainSpheres는 시험관 내 네트워크 형성을 방해하는 것으로 알려진 화합물(즉, 분석 양성 대조군; 로페라미드, 디엘드린 및 델타메트린) 또는 효과가 없을 것으로 예상되는 글리포세이트를 주 3회 처리하였다. 29일 동안 BrainSphere 활동을 기록하여 신경 네트워크 활동, 일반 활동 및 활동 전위 전파의 특징을 측정하였다. 양성 대조군에서 세포 독성이 없는 농도에서 농도 의존적인 신경 네트워크 형성 방해가 관찰되었다. 디엘드린, 델타메트린 및 로페라미드 노출은 일반 활동, 신경 네트워크 형성 및 활동 전위 전파의 여러 특징을 방해하였다. hdMEA 위의 BrainSpheres는 화학적으로 유도된 신경 네트워크 형성 교란을 감지하였으며 발달성 신경독성 스크리닝에 유용한 가치 있는 복합 시험관 내 모델을 나타낼 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
Exposure of the developing brain to environmental neurotoxicants can result in permanent alterations in structure and/or function. To investigate the effects of chemical exposures on neurodevelopment, the human induced-pluripotent stem cell (iPSC)-derived neural BrainSphere model has been utilized due to its ability to form mature neuronal populations and exhibit spontaneous electrical activity. To model network formation for developmental neurotoxicity screening, developing BrainSpheres were plated on high-density microelectrode arrays (hdMEA) three weeks after beginning differentiation. Starting two days post-plating, BrainSpheres were treated three times per week with compounds known to disrupt in vitro network formation (i.e. assay positive controls; loperamide, dieldrin and deltamethrin), or with an assay negative control, glyphosate, expected to have no effect. For 29 days, BrainSphere activity was recorded to measure neural network activity, general activity, and features of action potential propagation. Concentration-dependent disruption in neural network formation was observed for positive controls at concentrations below cytotoxicity. Dieldrin, deltamethrin, and loperamide exposure disrupted several features of general activity, neural network formation, and action potential propagation. BrainSpheres on hdMEAs detected chemically induced perturbations in neural network formation and may represent a valuable complex in vitro model useful for developmental neurotoxicity screening.| 저자 | Boyd, S. L.; Mayil Vahanan, M.; Monroe, J.; Conley, J. A.; Carstens, K. E.; Shafer, T. J. |
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| 저널 | Neurotoxicology |
| 권·호·쪽 | 111, 103328 |
| PMID | 41106560 |
| DOI | 10.1016/j.neuro.2025.103328 |
| MeSH | Humans; Induced Pluripotent Stem Cells; Nerve Net; Nitriles; Neurotoxicity Syndromes; Pyrethrins; Cells, Cultured; Action Potentials; Cell Differentiation; Dose-Response Relationship, Drug; Brain; Neurons; Toxicity Tests; Loperamide |