干细胞化身“迷你大脑”促进大脑修复研究

日期: 2017年12月08日


    

导读:来自休斯敦卫理公会的神经科学家Robert Krencik和他的团队开发了一个新的系统,来降低制造这些大脑模型所需要的时间。这些模型可以用于研究疾病背后的机理或者药物的筛选和研究。他们的研究结果最近发表在杂志《Stem Cell Reports》上。赛业小编为您推荐“干细胞化身‘迷你大脑’促进大脑修复研究”,详情如下:

  

3D神经电路
3D神经电路“小行星”是由人类多功能干细胞产生的神经元(蓝色)和星形胶质细胞(红色和绿色)组成。图片来源:HoustonMethodist Research Institute


休斯敦卫理公会研究所(HoustonMethodist Research Institute)正在通过人类多功能干细胞制造“迷你大脑”,这可以使得研究人员能够修复由于疾病或外伤而损伤的大脑或脊髓神经元。


来自休斯敦卫理公会的神经科学家Robert Krencik和他的团队开发了一个新的系统,来降低制造这些大脑模型所需要的时间。这些模型可以用于研究疾病背后的机理或者药物的筛选和研究。他们的研究结果最近发表在杂志《Stem Cell Reports》上。


“我们往往会觉得,我们在实验室所做的不能够精确模拟细胞在人类大脑中的行为,”Krencik表示,“因此,第一次,当我们系统地将这些细胞聚集在一起的时候,它们的形态复杂性、大小和形状都发生了戏剧性的改变。它们看起来与在人类大脑中的细胞非常相似,因此现在我们可以在实验室中以更接近自然环境的条件来进行这些细胞的研究。”


为什么这很重要呢?Krencik谈到,在传统的实验室培养基中生长的细胞都是放置在平的培养皿中,分离和其他操作,都会干扰它们的相互作用。因而,这样的结果并不能够再现这些细胞在大脑中的形态、结构和分化生长,在实验室中,他们只是看起来非常单纯的,未成熟的细胞。有所不同的是,在人类的大脑中,这些细胞却有着非常复杂的形态,他们会以复杂的方式与彼此之间和周围的环境相互作用。因为,在大脑内,这些细胞会在三维空间内彼此复杂地相互作用,而不是像在平坦的培养皿中一样。


因而,Krencik团队所开发的新技术则专注于再现大脑内的环境,他们建立了一种3D的培养系统,然而,这些研究所消耗的时间对于加速开发来说是远远不够的。


“通常,建立这些3D的迷你大脑,开发周期需要数月甚至数年,”Krencik表示,“我们的新技术可以使得细胞们分别提前分化然后再将它们合并到一起。我们发现,只在数周之内,它们就可以彼此之间形成成熟的相互作用。因此,通过我们的系统,达到研究终点所需要的时间戏剧性地减低了。”


Krencik的实验室专注于星形胶质细胞的研究,因为这种细胞是大脑神经元之间连接和交互的关键因素。它们能够提升大脑和脊髓神经元之间连接的数量和强度。它们在很多神经疾病中有所参与,对维持神经系统的健康非常重要。在Krencik团队通过生物工程所建立的模型中,加入了星形胶质细胞加速了周围神经元之间的连接。


Krencik的团队是首次对这些星形胶质细胞特异性工程化为3D迷你大脑。通过这种操作,是的星形胶质细胞和周围神经元的成熟速度都大大提升。在论文中首次介绍它们时,他将这些工程化的迷你大脑称为“小行星”,将它们与其他3D立体培养的类型进行区分,比如我们所熟知的类器官。Krencik的“小行星”包含了特定的星形胶质细胞群,而类器官只有不能定性和定量的细胞。


“使用我们的体系,我们可以产生成熟的星形胶质细胞,并能够使它们与神经元发生前所未有的复杂相互作用,”Krencik说。“与在身体或大脑中的其他细胞不同,星形胶质细胞对于人类有着独一无二的性质。我们认为这种细胞在部分程度上对于人类独有的认知功能起到了重要的作用,并且也可能是人类某些疾病的基础,比如阿尔茨海默氏症和自闭症谱系障碍。”


最后,Krencik利用这些“小行星”来组成功能化的神经电路。这样,研究人员可以通过实验操作来开发疗法,并且解释导致疾病的原因。Krencik说,他们可以从任何疾病或病人身上,制造诱导多能干细胞,通常被称为“iPS cells”,然后形成这些迷你大脑,研究疾病的过程,以及在药物治疗的过程中用于筛选治疗药物。在大约五年内,他的目标是利用这个系统开发临床试验,来使一个人的受损的神经系统得到改善或再生。


参考资料:[1]3-D mini brains accelerate research forrepairing brain function


来源:康健新视野——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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