盤(pán)內(nèi)相互連接的細(xì)胞讓研究人員研究大腦疾病
通過(guò)創(chuàng)建多種類型的神經(jīng)元干細(xì)胞,觀察他們?nèi)绾位?dòng),索爾克科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新方法在實(shí)驗(yàn)室里研究大腦細(xì)胞之間的連接。使用這項(xiàng)技術(shù),它生成一個(gè)部分的大腦模型,研究小組表明神經(jīng)元改變?cè)诰穹至寻Y患者之間的溝通。這項(xiàng)研究于2018年5月3日發(fā)表在《干細(xì)胞》雜志上。
索爾克遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室的教授、資深作者Rusty Gage說(shuō):“在許多精神疾病中,有證據(jù)表明細(xì)胞之間的連接功能紊亂。”“但直到現(xiàn)在,在實(shí)驗(yàn)室里研究人類神經(jīng)元之間的功能聯(lián)系還是非常困難的。”
以前,想要研究精神分裂癥等疾病的潛在分子機(jī)制的研究人員通常會(huì)一次關(guān)注一種類型的腦細(xì)胞,研究疾病細(xì)胞中的基因或蛋白質(zhì)水平是否發(fā)生了改變,或信號(hào)通路是否似乎出現(xiàn)了失調(diào)。
蓋奇的團(tuán)隊(duì)先前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法,利用人類干細(xì)胞來(lái)制造齒狀回(DG)細(xì)胞,這是大腦海馬區(qū)的關(guān)鍵神經(jīng)元,與許多精神疾病有關(guān)。在這項(xiàng)新研究中,他們調(diào)整了這種方法,誘導(dǎo)干細(xì)胞沿著不同的發(fā)育路徑下行,創(chuàng)造了CA3錐體神經(jīng)細(xì)胞,這種細(xì)胞接收來(lái)自海馬體中DG神經(jīng)元的信號(hào)。研究小組發(fā)現(xiàn),由此產(chǎn)生的CA3神經(jīng)元具有不同的分子特性。
“我們得到的不只是一種CA3神經(jīng)元,”研究助理Anindita Sarkar說(shuō)。“我們得到的混合物與我們?cè)谌四X中看到的混合物非常接近。此外,當(dāng)研究小組將這些細(xì)胞移植到老鼠海馬體內(nèi)時(shí),這些細(xì)胞就會(huì)整合到已經(jīng)存在的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中。
在確認(rèn)新的腦細(xì)胞是真正的CA3神經(jīng)元后,研究人員開(kāi)始將它們與DG神經(jīng)元混合,研究這些細(xì)胞是如何相互作用的。使用一種叫做病毒追蹤的方法——它依賴于狂犬病病毒追蹤神經(jīng)元連接的傾向——他們發(fā)現(xiàn)CA3神經(jīng)元正在形成與其他CA3神經(jīng)元和DG神經(jīng)元的物理連接。
最后,研究小組想要測(cè)試他們是否能用這些連接的神經(jīng)元來(lái)研究疾病。所以他們重復(fù)了他們的步驟,這次從7組不同的細(xì)胞開(kāi)始——3組來(lái)自精神分裂癥患者,4組來(lái)自健康對(duì)照組。他們誘導(dǎo)這些細(xì)胞恢復(fù)到干細(xì)胞的形態(tài),然后產(chǎn)生DG和CA3神經(jīng)元。隨著神經(jīng)元的成熟,研究人員發(fā)現(xiàn),精神分裂癥患者產(chǎn)生的CA3神經(jīng)元活動(dòng)峰值較少。當(dāng)他們混合了DG和CA3神經(jīng)元時(shí),他們得到了類似的發(fā)現(xiàn)——精神分裂癥組的神經(jīng)元抑制了活動(dòng)模式,神經(jīng)元之間的信號(hào)傳遞減少。
“有證據(jù)表明海馬體和DG細(xì)胞受到精神分裂癥的影響,”Sarkar說(shuō)。“因此,如果DG細(xì)胞受到影響,它們向CA3細(xì)胞發(fā)送的信號(hào)就會(huì)減少,這是有道理的。”
在未來(lái),Gage的研究小組希望在他們的模型中加入更多的細(xì)胞類型,比如CA1神經(jīng)元。他們還想研究在其他疾病中神經(jīng)元連接是如何改變的。
“我認(rèn)為這是用干細(xì)胞進(jìn)行疾病建模的下一步,”Sarkar說(shuō)。在過(guò)去的10年里,我們?cè)谘芯繂蝹€(gè)細(xì)胞方面做得很好,但是對(duì)于從抑郁癥到自閉癥再到精神分裂癥的一系列精神疾病,我們也必須研究它們之間的聯(lián)系。
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