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Title: Developing assays to assess structure and function of synapses in vitro
Authors: Baptista, João Francisco Chibeles Rebelo Pestana 
Orientador: Socorro, Alfredo Cabrera
Carvalho, Ana Luísa
Issue Date: 2016
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: There is no current treatment for AD. Historically, the access to human tissue has been a limitation for understanding of the pathogenesis of neurodegenerative diseases. Together with the lack of relevant in vitro models reproducing human neurophysiology, both factors have hampered the development of new therapies to treat neurological diseases. Recently developed stem cell technologies provide virtually unlimited access to human material. By transient overexpression of a set of transcription factors, somatic cells can be reprogramed into induced pluripotent stem cells (iPSCs) showing «stem cell-like» properties. iPSCs can be directly generated from patients and differentiated into any cell type of interest by using chemically and physically defined culture conditions. Synapse loss is the strongest correlate of cognitive decline. iPSC-derived cortical neurons have been already validated for modelling neuropsychiatric disorders including autism, schizophrenia and neurodegeneration. However, a robust and scalable in vitro model of to assess synaptic function using iPSC doesn’t yet exist. In this project we propose an in vitro model based on iPSC derived cortical neurons co-cultured with astrocytes as a further step towards modelling synaptogenesis and synaptic degeneration. For this proof of concept study, we adapted already published protocols working in primary cultures and cell lines. We describe the combination of the classical dual SMAD inhibition differentiation protocol with Matrigel as embedding material for establishing a more robust and disease relevant model to assess synaptic structure and function. We used high-content imaging platforms combined with novel script analyses to quantify synapses in neuronal cultures, and monitored neuronal activity using multi-electrode arrays technology. We have developed a highly reproducible and optimally assay that works in several iPSC lines, providing a robust tool for supporting biomedical research and drug development in AD
Não há tratamento actual para a doença de Alzheimer (DA). Historicamente o acesso a tecido humano tem limitado o entendimento da patogénese de doenças neurodegenerativas. Em conjunto com a falta de relevância dos modelos in vitro que reproduzem a neurofisiologia humana, ambos factores têm impedido o desenvolvimento de novas terapias para o tratamento de doenças neurológicas. Tecnologias recentemente desenvolvidas com células estaminais fornecem acesso virtualmente ilimitado a material humano. Através de sobrexpressão de um conjunto de factores de transcrição, células somáticas podem ser reprogramadas em células estaminais pluripotentes induzidas (iPSC em inglês) que possuem propriedades semelhantes às células estaminais. iPSC podem ser directamente geradas de pacientes e diferenciadas em qualquer tipo celular de interesse através de condições de cultura quimicamente e fisicamente definidas. Neurónios corticais derivados de iPSC tem sido validados com o intuito de modelar distúrbios psiquiátricos como autimo, esquizofrenia e neurodegeneração. Contudo, ainda não existe um modelo robusto e escalável que permita análise de função sináptica usando iPSC in vitro. Neste projecto propomos um modelo baseado em neurónios corticais derivados de iPSC em co-cultura com astrócitos como uma nova medida no sentido de modelar sinaptogénese e degeneração sináptica. Como prova de conceito, adaptámos protocolos já testados em culturas primárias e linhas celulares. Descrevemos aqui um protocolo de diferenciação com inibidores SMAD com uso de matrigel como substracto para o estabelecimento de um modelo mais robusto e relevante para estudar a estrutura e função das sinapses em estado de doença. Usámos uma plataforma de imagem de alto desempenho em conjunto com um script para efectuar quantificação sináptica e monotorizámos actividade neuronal usando placas de multieléctrodos. Este método é altamente reproduzível e funciona optimamente em diversas linhas de iPSC comercialmente disponíveis, provando ser uma ferramenta robusta para uso em investigação biomédica e desenvolvimento de fármacos em DA.
Description: BAPTISTA, João Francisco Chibeles Rebelo Pestana - Developing assays to assess structure and function of synapses in vitro. Coimbra : [s.n.], 2016. Dissertação de Mestrado.
URI: http://hdl.handle.net/10316/34099
Rights: embargoedAccess
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