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干细胞分化新技术有助于攻克神经系统顽症

发布:2018-10-17 | 浏览:233

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干细胞分化新技术成果斐然


       由宾夕法尼亚州立大学生物系Verne M. Willaman冠名教授陈功带领的研究团队,通过对皮肤细胞的基因组重新编程和分化,在培养皿中创造出和人类大脑中自然生长的神经元功能非常接近的成熟人脑神经元,用来进行人脑疾病的研究,使得有关老年痴呆症、精神分裂症和自闭症等复杂的神经系统疾病的研究变得更加安全和有效。这项研究成果发表在英国《Stem Cell Research》干细胞研究杂志上。


       陈功教授表示,科学家不能从病人的大脑里直接提取出细胞进行实验,在培养皿中创造出病人的成熟大脑细胞用于科学研究和药物筛选,这是最好的替代方法。在此前的研究中,科学家已经研发出了通过将病人的皮肤细胞基因组重新编程而诱导出的多功能干细胞(iPSCs)。奠定这一基础后,科学家们在培养皿中将此类干细胞进一步分化成为脑神经元来进行深入的研究,分化的人脑神经元功能和大脑自身的神经元非常接近。


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       图片说明:通过与星型胶质细胞共同培养,由人类皮肤细胞转化而成的神经干细胞(显示为红色)非常高效地分化成为了大脑神经元(显示为绿色)。宾州州立大学,陈功实验室提供。

 

多项实验证明干细胞分化神经元的重大作用


       因在大脑自然环境中,神经元和星型胶质细胞有密切联系,后者在大脑中含量很丰富并且有辅助神经元正常工作的功能,陈功教授预测这种紧密接触对于干细胞分化的神经元也应起着重要的作用。为证明这种设想,陈教授和他的团队首先将诱导型多功能干细胞培养转化成神经干细胞,也就是有分化为神经元潜能的干细胞。接着把这些神经干细胞培养在由单层胶质细胞组成的支持细胞层上,使得这两种细胞能够相互紧密接触。最终发现这些培养在胶质细胞上的神经干细胞非常高效地分化成了成熟的神经元。


       为了证明这些在胶质细胞支持下成长的神经元的优越性,陈教授和他的博士研究生唐欣使用电生理记录方法证实了在胶质细胞的支持下神经元之间形成了更多的神经突触连接。在另一组实验中,当把神经干细胞培养在胶质细胞上仅一周之后,新分化的神经元已经能够发放动作电位,即在大脑中所有神经元都具有的快速电兴奋信号。当把人类神经干细胞加入到事先培养好的小鼠神经元网络里时,仅仅一周之内,人类神经元和小鼠神经元之间就形成了很多的神经突触传递。这些‘突触传递’的形成是因为神经元与其临近神经元直接接触,并释放被称为神经递质的化学信号来调节邻接神经元的活动。


       陈功教授表示,从前的研究者只能从死亡的患者身上获取老年痴呆症、精神分裂症或自闭症的脑神经细胞。现在,研究者可以从活着的患者身上通过安全微创的方法取得皮肤细胞,并把它们转化为大脑细胞来模拟此患者自身大脑细胞的活动。通过这种方法,研究者能够运用与患者自身大脑细胞极为相近的神经元来研究某种特定药物的影响,从而大大消除了在患者身上产生副作用的风险。患者可以在不需要服用药物的情况下用自身的类似脑细胞进行药物实验,从而实现低风险的个性化治疗方案。


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研究成果获得技术和资金支持


       这项研究对老年痴呆症、精神分裂症、自闭症等顽症的治疗意义重大。陈功教授得到了来自宾夕法尼亚州立大学的唐欣、周丽、Alecia M. Wagner和来自 Salk研究院的 Maria C.N. Marchetto、Fred H. Gage以及来自加州大学圣地亚哥分校的 Alysson R. Muotri等人的技术支持,也得到了宾州州立大学干细胞基金、美国国立卫生研究院、JPB基金会、Mathers基金会、McDonnell基金会以及加州再生医学研究所的资金支持。 


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