Science：創(chuàng)建人腦“入口”，解析唐氏綜合征對(duì)大腦的影響

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作者：浮蘇來源：生物探索

2018-10-18

在最新一項(xiàng)對(duì)人腦發(fā)育機(jī)制的研究中，來自帝國(guó)理工學(xué)院與劍橋大學(xué)的研究人員通過將人類腦細(xì)胞移植到小鼠大腦，首次觀察到了腦細(xì)胞是如何生長(zhǎng)和相互連接的。該小組稱，這一方法或可用于未來一系列大腦狀況，包括**分裂癥、癡呆及孤獨(dú)癥的研究。

研究以“In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome”為題發(fā)表在《Science》雜志。

盡管來自唐氏綜合征患者的腦細(xì)胞之間形成的一些連接更加穩(wěn)定和豐富，但是它們以一種稍不協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行通信。這提示，在唐氏綜合征中，腦細(xì)胞之間形成連接的協(xié)調(diào)活動(dòng)減少和穩(wěn)定性增加或與認(rèn)知功能有關(guān)。

體內(nèi)雙光子顯微鏡技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)察腦細(xì)胞

這項(xiàng)研究的重要突破在于解析了腦細(xì)胞交流的細(xì)節(jié)。腦細(xì)胞之間的連接通常是癡呆和帕金森癥等疾病發(fā)生中首個(gè)受損的地方，發(fā)生于腦細(xì)胞自身開始死亡之前很久，然而這些細(xì)胞之間的連接非常微小，且沒有任何類型的掃描工具比如核磁共振成像（MRI）或正電子放射斷層造影術(shù)（PET）可以觀察到它們。研究人員使用了一種革命性的顯微鏡技術(shù)——體內(nèi)雙光子顯微鏡（in vivo 2-photon microscopy），該技術(shù)不僅可以看到單個(gè)活腦細(xì)胞，還可以看到它們之間形成的連接。

具體來說，研究人員通過使用由兩名唐氏綜合征患者捐獻(xiàn)的細(xì)胞構(gòu)建出唐氏綜合征模型。作者之一Manuel Peter博士及其同事通過反向工程（Reverse Engineering，RE）皮膚細(xì)胞創(chuàng)造了人類腦細(xì)胞。這個(gè)過程包括從患有唐氏綜合征的志愿者身上提取一些皮膚細(xì)胞，然后在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)它們進(jìn)行重編程而產(chǎn)生誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），接著利用iPS細(xì)胞產(chǎn)生腦細(xì)胞。他們對(duì)這些腦細(xì)胞進(jìn)行改造，以便能夠監(jiān)控它們的活動(dòng)。

聯(lián)合第一作者Raquel Real博士和Antonio Trabalza博士隨后將這些人類神經(jīng)元植入活小鼠的大腦，并隨著時(shí)間的推移監(jiān)測(cè)它們的發(fā)育和功能。

結(jié)果及意義

通訊作者De Paola博士解釋道:“人類腦細(xì)胞不僅形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，而且開始以與正常腦細(xì)胞非常相似的方式進(jìn)行交流。我們?cè)緝H期望少許人類腦細(xì)胞能在小鼠大腦中生長(zhǎng)，但我們驚訝地看到人類腦細(xì)胞開始茁壯成長(zhǎng)，且很快就能共同交流和工作。”

“這是一次了不起的團(tuán)隊(duì)努力，我們的結(jié)果表明唐氏綜合征中協(xié)調(diào)活動(dòng)減少和連接穩(wěn)定性增強(qiáng)可能與認(rèn)知功能有關(guān)。弄清楚這一點(diǎn)將是解決難題的重要一部分，我們期望盡快找到答案。” De Paola進(jìn)一步解釋。

Raquel Real補(bǔ)充道:“人類腦細(xì)胞的移植使我們能夠隨著時(shí)間的推移監(jiān)測(cè)它們的成熟。最終，我們發(fā)現(xiàn)唐氏綜合征個(gè)體的細(xì)胞在發(fā)育的關(guān)鍵階段不如正常細(xì)胞活躍，這可能對(duì)這種疾病的某些癥狀有重要影響。”

需要強(qiáng)調(diào)的是，目前尚不清楚移植的人類腦細(xì)胞在多大程度上類似于人腦中相應(yīng)細(xì)胞的組織和復(fù)雜性，需要通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行研究。該小組希望改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，未來或可利用這種方法來研究其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

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