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冰冷培养皿育出脑细胞 普通皮肤或可治愈痴呆症

http://www.kexue.com 2013-08-05 16:04:08 人民日报  发表评论

  通过对脑神经细胞(神经元)的研究,从而获得老年痴呆症、精神分裂症和自闭症等复杂神经系统疾病的治疗方法(或药物),是当前国际生命科学界的研究热点。但此前研究者只能从死亡的患者身上获取脑神经细胞,大大影响了研究的质量和效率。

  华人科学家、宾夕法尼亚州立大学生物系教授陈功团队的一项最新研究成果,找到了获取神经元的理想替代方法:基于一种开拓性的新技术,通过对皮肤细胞的基因组重新编程和分化来获取成熟的大脑细胞即神经元。这一成果使得老年痴呆症,精神分裂症和自闭症等复杂神经系统疾病的研究更加安全有效。该研究成果日前发表在《干细胞研究》杂志上。

  “这项研究的重要意义,是在培养皿中创造出与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”。陈功表示,此技术将来可以用于开发基于病人自身基因和细胞信息的个性化治疗方案。

  此前,科学家们已可通过将病人的皮肤细胞基因组重编程而诱导出多功能干细胞。在此项研究中,陈功和他的团队将人的诱导型多功能干细胞高效地分化成为成熟的人脑神经元,其功能和大脑自身的神经元非常接近。“在大脑的自然环境中,神经元总是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。所以我们预测这种紧密的接触对于干细胞分化的神经元也应起着重要的作用。”陈功说。

  为证明这一设想,他们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,他们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。

  “我们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,这些细胞的行为与单独培养在培养皿中的神经干细胞完全不同,就像星形胶质细胞一直在给神经干细胞加油,再告诉它们怎么做,并且帮助它们完成转化为神经元的使命。”陈功说。

  为证明这些在胶质细胞支持下成长的神经元的优越性,陈功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一周后,研究者们就发现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。有趣的是,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,“我们发现,仅仅一周内,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。”陈功认为,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。

  “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。”陈功说,通过这种方法,研究者能够运用这些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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