<p>西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員從人類誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCs)中創(chuàng)造了第一個高度成熟的神經(jīng)元，這一壯舉為神經(jīng)退行性疾病和創(chuàng)傷性損傷的醫(yī)學(xué)研究和潛在移植治療開辟了新的機會。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然之前的研究人員已經(jīng)將干細胞分化為神經(jīng)元，但這些神經(jīng)元是功能不成熟的神經(jīng)元，類似胚胎或出生后早期的神經(jīng)元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>目前的干細胞培養(yǎng)技術(shù)所獲得的成熟有限，降低了它們在神經(jīng)退行性疾病研究中的潛力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究發(fā)表在今天(1月12日)的《細胞干細胞》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了創(chuàng)造成熟神經(jīng)元，該團隊使用了&ldquo;跳舞分子&rdquo;，這是西北大學(xué)教授塞繆爾&middot;i&middot;斯圖普在2021年底推出的一項突破性技術(shù)。研究小組首先將人類iPSCs分化為運動神經(jīng)元和皮層神經(jīng)元，然后將它們置于含有快速移動的舞蹈分子的合成納米纖維涂層上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>豐富的神經(jīng)元不僅更成熟，還表現(xiàn)出增強的信號傳遞能力和更強的分支能力，這是神經(jīng)元相互之間進行突觸接觸所必需的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>而且，與典型的干細胞來源的神經(jīng)元傾向于聚集在一起不同，這些神經(jīng)元沒有聚集，使它們不那么具有挑戰(zhàn)性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員認為，隨著進一步的發(fā)展，這些成熟的神經(jīng)元可以移植到患者體內(nèi)，作為脊髓損傷以及神經(jīng)退行性疾病(包括肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)、帕金森病、阿爾茨海默病或多發(fā)性硬化癥)的一種有前途的治療方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當你有一個iPSC，你設(shè)法把它變成一個神經(jīng)元，它將是一個年輕的神經(jīng)元。但是，為了讓它在治療上有用，你需要一個成熟的神經(jīng)元。否則，這就像讓一個嬰兒去完成需要成年人才能完成的功能。&rdquo;</p> <p><br />Samuel I. Stupp，材料科學(xué)家</p> <p><br />成熟神經(jīng)元也為研究神經(jīng)退行性疾病，如漸凍癥和其他年齡相關(guān)疾病提供了新的機會。通過提高細胞培養(yǎng)中神經(jīng)元的年齡，研究人員可以改進實驗，以更好地了解晚發(fā)性疾病。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究的共同通訊作者、西北大學(xué)的Evangelos Kiskinis說:&ldquo;這是我們第一次能夠通過將人類ipsc衍生神經(jīng)元鍍在合成基質(zhì)上來觸發(fā)它們的高級功能成熟。&rdquo;&ldquo;這很重要，因為有許多應(yīng)用需要研究人員使用純化的神經(jīng)元種群。大多數(shù)基于干細胞的實驗室使用小鼠或大鼠神經(jīng)元與人類干細胞來源的神經(jīng)元共同培養(yǎng)。但這并不能讓科學(xué)家們研究人類神經(jīng)元中發(fā)生了什么，因為你最終要研究的是老鼠和人類細胞的混合物。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當你有一個iPSC，你設(shè)法變成一個神經(jīng)元，它將是一個年輕的神經(jīng)元，&rdquo;該研究的共同通訊作者Stupp說。&ldquo;但是，為了讓它在治療意義上有用，你需要一個成熟的神經(jīng)元。否則，這就像讓一個嬰兒去完成一項需要成年人才能完成的功能。我們已經(jīng)證實，用納米纖維包裹的神經(jīng)元比其他方法更成熟，成熟的神經(jīng)元更能建立對神經(jīng)元功能至關(guān)重要的突觸連接。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>基斯基尼斯是西北大學(xué)范伯格醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)助理教授，紐約干細胞基金會-羅伯遜研究員，萊斯特納ALS中心的核心教員。Stupp是西北大學(xué)材料科學(xué)與工程、化學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的董事會教授，在那里他是辛普森奎雷生物納米技術(shù)研究所(SQI)及其附屬研究中心再生納米醫(yī)學(xué)中心的創(chuàng)始董事。斯圖普在麥考密克工程學(xué)院、溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院和范伯格醫(yī)學(xué)院任職。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">同步&ldquo;舞蹈&rdquo;能力</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>為了培育成熟的神經(jīng)元，研究人員使用了由&ldquo;跳舞分子&rdquo;組成的納米纖維，這種材料是Stupp實驗室開發(fā)的一種潛在的急性脊髓損傷治療方法。在之前發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究中，斯圖普發(fā)現(xiàn)了如何調(diào)節(jié)分子的運動，這樣它們就可以找到并正確地與不斷移動的細胞受體接觸。通過模仿生物分子的運動，合成材料可以與細胞交流。</p> <p>&nbsp;</p> <p>斯圖普研究的一個關(guān)鍵創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)如何控制納米纖維中超過10萬個分子的集體運動。因為人體內(nèi)的細胞受體可以以極快的速度移動&mdash;&mdash;有時以毫秒的時間尺度移動&mdash;&mdash;它們成為難以擊中的移動目標。</p> <p>&nbsp;</p> <p>100000年</p> <p>&nbsp;</p> <p>每個納米纖維中的移動分子</p> <p><br />斯圖普說:&ldquo;想象一下，把一秒鐘分成1000個時間段。&ldquo;這就是受體的移動速度。這些時間表如此之快，以至于難以把握。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項新的研究中，Stupp和Kiskinis發(fā)現(xiàn)，納米纖維被調(diào)整為含有最活躍分子的分子，從而導(dǎo)致神經(jīng)元的增強程度最高。換句話說，在更動態(tài)的涂層上培養(yǎng)的神經(jīng)元&mdash;&mdash;本質(zhì)上是由許多納米纖維組成的支架&mdash;&mdash;也是最成熟的神經(jīng)元，最不可能聚集，具有更強的信號傳遞能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>斯圖普說:&ldquo;我們認為這是可行的，因為受體在細胞膜上移動得非?？?，我們支架的信號分子也移動得非?？?。&rdquo;&ldquo;他們更有可能同步。如果兩個舞者不同步，配對就行不通。通過非常具體的空間接觸，受體被信號激活。也有可能是我們快速移動的分子增強了受體的運動，從而幫助它們聚集在一起，從而有利于信號傳遞。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">具有ALS特征的神經(jīng)元為研究該疾病提供了新的窗口</span></strong></p> <p><br />Stupp和Kiskinis相信他們的成熟神經(jīng)元將為研究與衰老相關(guān)的疾病提供見解，并成為在細胞培養(yǎng)中測試各種藥物療法的更好候選。利用這種會跳舞的分子，研究人員能夠使人類神經(jīng)元的年齡大大延長，使科學(xué)家能夠研究神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病。</p> <p>&nbsp;</p> <p>作為研究的一部分，Kiskinis和他的團隊從一名ALS患者身上提取了皮膚細胞，并將其轉(zhuǎn)化為患者特異性的iPSCs。然后，他們將這些干細胞分化為運動神經(jīng)元，這是這種神經(jīng)退行性疾病的細胞類型。最后，研究人員在新型合成涂層材料上培養(yǎng)神經(jīng)元，以進一步開發(fā)ALS特征。這不僅為Kiskinis提供了一個研究漸凍癥的新窗口，這些&ldquo;漸凍癥神經(jīng)元&rdquo;也可以用來測試潛在的治療方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們第一次能夠在干細胞來源的ALS患者運動神經(jīng)元中看到成人發(fā)病的神經(jīng)蛋白聚集。這對我們來說是一個突破。&rdquo;Kiskinis說。&ldquo;目前還不清楚聚集是如何引發(fā)這種疾病的。這是我們希望第一次找到的答案。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>希望將來能治療脊髓損傷，神經(jīng)退行性疾病</strong></span></p> <p><br />在未來，ipsc衍生的成熟增強神經(jīng)元也可以移植到脊髓損傷或神經(jīng)退行性疾病患者體內(nèi)。例如，醫(yī)生可以從患有ALS或帕金森病的患者身上提取皮膚細胞，將它們轉(zhuǎn)化為iPSCs，然后在涂層上培養(yǎng)這些細胞，以創(chuàng)造健康的、功能強大的神經(jīng)元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>將健康的神經(jīng)元移植到患者體內(nèi)可以替代受損或丟失的神經(jīng)元，有可能恢復(fù)失去的認知或感覺。而且，由于最初的細胞來自患者，新的ipsc衍生神經(jīng)元將在基因上與患者匹配，從而消除了排斥反應(yīng)的可能性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Kiskinis說:&ldquo;細胞替代療法對ALS這樣的疾病來說非常具有挑戰(zhàn)性，因為脊髓移植的運動神經(jīng)元需要將它們的長軸突投射到周圍的適當肌肉部位，但對帕金森病來說可能更直接。&rdquo;&ldquo;無論如何，這項技術(shù)都將是革命性的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>斯圖普說:&ldquo;從病人身上提取細胞，將它們轉(zhuǎn)化為干細胞，然后分化成不同類型的細胞是可能的。&rdquo;&ldquo;但這些細胞的產(chǎn)量往往很低，實現(xiàn)適當?shù)某墒焓且粋€大問題。我們可以將我們的涂層集成到大規(guī)模制造患者來源的神經(jīng)元，用于細胞移植治療，而不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>