현재 신경회로망의 구현에 관한 여러 가지 연구가 진행되고 있으며, 이들 중 신경회로망의 VLSI 구현에 대한 연구가 매우 활발하다. 디지털 신경회로망은 느린 처리속도와 넓은 면적을 차지하는 점이 주요 단점으로 지적되는데 본 논문에서는 neural cell을 곱셈과 덧셈을 Binary Convolution 기법과 Counter를 사용하여 설계함으로써 속도를 높이고 단위 뉴런의 소요 Tr수를 줄여 그 소요 면적을 줄이도록 하였다. 본 cell의 구조를 이용하여 layer당 16개씩의 cell을 가지는 3-layer neural network을 구성하였을 경우 0.8${\mu}$ standard cell 설계시 50MHz까지 동작하였으며 26MCPS의 동작을 확보하였다.
This study was to examine whether the in vitro differentiated neural cells derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells can be survived and expressed tyrosin hydroxylase(TH) in grafted normal or PD rat brain. To differentiate in vitro into neural cells, embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) were formed from hES cells, neural progenitor cells(neurosphere, for 7-10 days, 20 ng/㎖ of bFGF added N2 medium) were produced from EB, and then finally neurospheres were differentiated into mature neuron cells in N2 medium(without bFGF) for 2 weeks. In normal rat brain, neural progenitor cells or mature neuron cells (1×10/sup 7/ cells/㎖) were grafted to the striatum of normal rats. After 2 weeks, when the survival of grafted hES cells was examined by immunohistochemical analysis, the neural progenitor cell group indicated higher BrdU, NeuN+, MAP2+ and GFAP+ than mature neuron cell group in grafted sites of normal rats. This result demonstrated that the in vivo differentiation of grafted hES cells be increased simultaneously in both of neuronal and glial cell type. Also, neural progenitor cell grafted normal rats expressed more TH pattern than mature neuron cells. Based on this data, as a preliminary test, when the neural progenitor cells were grafted into the striatum of 6-hydroxydopamine lesioned PD rats, we confirmed the cell survival (by double staining of Nissl and NeuN) and TH expression. This result suggested that in vitro differentiated neural progenitor cells derived from hES cells are more usable than mature neuron cells for the neural cell grafting in animal model and those grafted cells were survived and expressed TH in normal or PD rat brain.
Kim Sehee;Hong Ji Young;Joo So Yeon;Kim Jae Hwan;Moon Shin Yong;Yoon Hyun Soo;Kim Doo Han;Chung Hyung Min;Choi Seong-Jun
Reproductive and Developmental Biology
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제28권4호
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pp.247-252
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2004
Human embryonic stem (ES) cells are derived from the inner cell mass of the preimplantation embryo. Human ES cells have the capacity to differentiate into various types of cells in the body. Human ES cells are indefinite source of cells for cell therapy in various degenerative disorders including neuronal disorders. Directed differentiation of human ES cells is a prerequisite for their clinical application. The objective of this study is to develop the culture condition for the derivation of neural precursor cells from human ES cells. Neural precursor cells were derived from human ES cells in a stepwise culture condition. Neural precursor cells in the form of neural rosette structures developed into neurospheres when cultured in suspension. Suspension culture of neurospheres has been maintained over 4 months. Expressions of nestin, soxl, sox2, pax3 and pax6 transcripts were upregulated during differentiation into neural precursor cells by RT-PCR analysis. In contrast, expression of oct4 was dramatically downregulated in neural precursor cells. Immunocytochemical analyses of neural precursor cells demonstrated expression of nestin and SOX1. When induced to differentiate on an adhesive substrate, neuro-spheres were able to differentiate into three lineages of neural systems, including neurons, astrocytes and oligo-dendrocytes. Transcripts of sox1 and pax6 were downregulated during differentiation of neural precursor cells into neurons. In contrast, expression of map2ab was elevated in the differentiated cells, relative to those in neural precursor cells. Neurons derived from neural precursor cells expressed NCAM, Tuj1, MAP2ab, NeuN and NF200 in immunocytochemical analyses. Presence of astrocytes was confirmed by expression of GFAP immuno-cytochemically. Oligodendrocytes were also observed by positive immuno-reactivities against oligodendrocyte marker O1. Results of this study demonstrate that a stepwise culture condition is developed for the derivation of neural precursor cells from human ES cells.
Neural cell survival is an essential concern in the aging brain and many diseases of the central nervous system. Neural transplantation of the stem cells are already applied to clinical trials for many degenerative neurological diseases, including Huntington's disease, Parkinson's disease, and strokes. A critical problem of the neural transplantation is how to reduce their apoptosis and improve cell survival. Neurotrophic factors generally contribute as extrinsic cues to promote cell survival of specific neurons in the developing mammalian brains, but the survival factor for neural stem cell is poorly defined. To understand the mechanism controlling stem cell death and improve cell survival of the transplanted stem cells, we investigated the effect of plausible neurotrophic factors on stem cell survival. The neural stem cell, HiB5, when treated with PDGF prior to transplantation, survived better than cells without PDGF. The resulting survival rate was two fold for four weeks and up to three fold for twelve weeks. When transplanted into dorsal hippocampus, they migrated along hippocampal alveus and integrated into pyramidal cell layers and dentate granule cell layers in an inside out sequence, which is perhaps the endogenous pathway that is similar to that in embryonic neurogenesis. Promotion of the long term-survival and differentiation of the transplanted neural precursors by PDGF may facilitate regeneration in the aging adult brain and probably in the injury sites of the brain.
Kim Eun-Yeong;Jo Hyeon-Jeong;Choe Gyeong-Hui;An So-Yeon;Jeong Gil-Saeng;Park Se-Pil;Im Jin-Ho
한국동물번식학회:학술대회논문집
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한국동물번식학회 2002년도 춘계학술발표대회 발표논문초록집
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pp.18-18
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2002
This study was to investigate the effect of neurotrophic factors on neural cell differentiation in vitro derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells. For neural progenitor cell formation derived from hES cells, we produced embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) from hES cells and then neurospheres (for 7 - 10 days, 20 ng/㎖ of bFGF added N2 medium) from EB. And then finally for the differentiation into mature neuron cells, neural progenitor cells were cultured in ⅰ) N2 medium (without bFGF), ⅱ) N2 supplemented with brain derived neurotrophic factor (BDNF, 5ng/㎖) or ⅲ) N2 supplemented with platelet derived growth factor-bb (PDGF-bb, 20ng/㎖) for 2 weeks. (omitted)
The cerebral microvessels possess barrier characteristics which are tightly sealed excluding many toxic substances and protecting neural tissues. The specialized blood-neural barriers as well as the cerebral microvascular barrier are recognized in the retina, inner ear, spinal cord, and cerebrospinal fluid. Microvascular endothelial cells in the brain closely interact with other components such as astrocytes, pericytes, perivascular microglia and neurons to form functional 'neurovascular unit'. Communication between endothelial cells and other surrounding cells enhances the barrier functions, consequently resulting in maintenance and elaboration of proper brain homeostasis. Furthermore, the disruption of the neurovascular unit is closely involved in cerebrovascular disorders. In this review, we focus on the location and function of these various blood-neural barriers, and the importance of the cell-to-cell communication for development and maintenance of the barrier integrity at the neurovascular unit. We also demonstrate the close relation between the alteration of the blood-neural barriers and cerebrovascular disorders.
Microfluidics can provide unique experimental tools to visualize the development of neural structures within a microscale device, which is followed by guidance of neurite growth in the axonal isolation compartment. We utilized microfluidics technology to monitor the differentiation and migration of neural cells derived from human embryonic stem cells (hESCs). We co-cultured hESCs with PA6 stromal cells, and isolated neural rosette-like structures, which subsequently formed neurospheres in suspension culture. Tuj1-positive neural cells, but not nestin-positive neural precursor cells (NPCs), were able to enter the microfluidics grooves (microchannels), suggesting that neural cell-migratory capacity was dependent upon neuronal differentiation stage. We also showed that bundles of axons formed and extended into the microchannels. Taken together, these results demonstrated that microfluidics technology can provide useful tools to study neurite outgrowth and axon guidance of neural cells, which are derived from human embryonic stem cells.
Mesenchymal stem cells (MSCs) can differentiate into neural cells to treat nervous system diseases. Magnetic resonance is an ideal means for cell tracking through labeling cells with superparamagnetic iron oxide (SPIO). However, no studies have described the neural differentiation ability of SPIO-labeled MSCs, which is the foundation for cell therapy and cell tracking in vivo. Our results showed that bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) labeled in vitro with SPIO can be induced into neural-like cells without affecting the viability and labeling efficiency. The cellular uptake of SPIO was maintained after labeled BM-MSCs differentiated into neural-like cells, which were the basis for transplanted cells that can be dynamically and non-invasively tracked in vivo by MRI. Moreover, the SPIO-labeled induced neural-like cells showed neural cell morphology and expressed related markers such as NSE, MAP-2. Furthermore, whole-cell patch clamp recording demonstrated that these neural-like cells exhibited electrophysiological properties of neurons. More importantly, there was no significant difference in the cellular viability and $[Ca^{2+}]_i$ between the induced labeled and unlabeled neural-like cells. In this study, we show for the first time that SPIO-labeled MSCs retained their differentiation capacity and could differentiate into neural-like cells with high cell viability and a good cellular state in vitro.
Umair, Zobia;Kumar, Vijay;Goutam, Ravi Shankar;Kumar, Shiv;Lee, Unjoo;Kim, Jaebong
Molecules and Cells
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제44권10호
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pp.723-735
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2021
Spemann organizer is a center of dorsal mesoderm and itself retains the mesoderm character, but it has a stimulatory role for neighboring ectoderm cells in becoming neuroectoderm in gastrula embryos. Goosecoid (Gsc) overexpression in ventral region promotes secondary axis formation including neural tissues, but the role of gsc in neural specification could be indirect. We examined the neural inhibitory and stimulatory roles of gsc in the same cell and neighboring cells contexts. In the animal cap explant system, Gsc overexpression inhibited expression of neural specific genes including foxd4l1.1, zic3, ncam, and neurod. Genome-wide chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) and promoter analysis of early neural genes of foxd4l1.1 and zic3 were performed to show that the neural inhibitory mode of gsc was direct. Site-directed mutagenesis and serially deleted construct studies of foxd4l1.1 promoter revealed that Gsc directly binds within the foxd4l1.1 promoter to repress its expression. Conjugation assay of animal cap explants was also performed to demonstrate an indirect neural stimulatory role for gsc. The genes for secretory molecules, Chordin and Noggin, were up-regulated in gsc injected cells with the neural fate only achieved in gsc uninjected neighboring cells. These experiments suggested that gsc regulates neuroectoderm formation negatively when expressed in the same cell and positively in neighboring cells via soluble factors. One is a direct suppressive circuit of neural genes in gsc expressing mesoderm cells and the other is an indirect stimulatory circuit for neurogenesis in neighboring ectoderm cells via secreted BMP antagonizers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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