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<p>西北大學領導的研究人員從人類誘導多能干細胞(iPSCs)中創(chuàng)造了第一個高度成熟的神經元，這一壯舉為神經退行性疾病和創(chuàng)傷性損傷的醫(yī)學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將干細胞分化為神經元，但這些神經元是功能不成熟的神經元，類似胚胎或出生后早期的神經元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>目前的干細胞培養(yǎng)技術所獲得的成熟有限，降低了它們在神經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)造成熟神經元，該團隊使用了&ldquo;跳舞分子&rdquo;，這是西北大學教授塞繆爾&middot;i&middot;斯圖普在2021年底推出的一項突破性技術。研究小組首先將人類iPSCs分化為運動神經元和皮層神經元，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>豐富的神經元不僅更成熟，還表現出增強的信號傳遞能力和更強的分支能力，這是神經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元傾向于聚集在一起不同，這些神經元沒有聚集，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，這些成熟的神經元可以移植到患者體內，作為脊髓損傷以及神經退行性疾病(包括肌萎縮性側索硬化癥(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，你設法把它變成一個神經元，它將是一個年輕的神經元。但是，為了讓它在治療上有用，你需要一個成熟的神經元。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，材料科學家</p> <p><br />成熟神經元也為研究神經退行性疾病，如漸凍癥和其他年齡相關疾病提供了新的機會。通過提高細胞培養(yǎng)中神經元的年齡，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、西北大學的Evangelos Kiskinis說:&ldquo;這是我們第一次能夠通過將人類ipsc衍生神經元鍍在合成基質上來觸發(fā)它們的高級功能成熟。&rdquo;&ldquo;這很重要，因為有許多應用需要研究人員使用純化的神經元種群。大多數基于干細胞的實驗室使用小鼠或大鼠神經元與人類干細胞來源的神經元共同培養(yǎng)。但這并不能讓科學家們研究人類神經元中發(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，你設法變成一個神經元，它將是一個年輕的神經元，&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。我們已經證實，用納米纖維包裹的神經元比其他方法更成熟，成熟的神經元更能建立對神經元功能至關重要的突觸連接。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>基斯基尼斯是西北大學范伯格醫(yī)學院神經學和神經科學助理教授，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是西北大學材料科學與工程、化學、醫(yī)學和生物醫(yī)學工程的董事會教授，在那里他是辛普森奎雷生物納米技術研究所(SQI)及其附屬研究中心再生納米醫(yī)學中心的創(chuàng)始董事。斯圖普在麥考密克工程學院、溫伯格藝術與科學學院和范伯格醫(yī)學院任職。</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》雜志上的研究中，斯圖普發(fā)現了如何調節(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鍵創(chuàng)新是發(fā)現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，納米纖維被調整為含有最活躍分子的分子，從而導致神經元的增強程度最高。換句話說，在更動態(tài)的涂層上培養(yǎng)的神經元&mdash;&mdash;本質上是由許多納米纖維組成的支架&mdash;&mdash;也是最成熟的神經元，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常快，我們支架的信號分子也移動得非?？臁?amp;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元將為研究與衰老相關的疾病提供見解，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元的年齡大大延長，使科學家能夠研究神經退行性疾病的發(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元，這是這種神經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患者運動神經元中看到成人發(fā)病的神經蛋白聚集。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，神經退行性疾病</strong></span></p> <p><br />在未來，ipsc衍生的成熟增強神經元也可以移植到脊髓損傷或神經退行性疾病患者體內。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、功能強大的神經元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>將健康的神經元移植到患者體內可以替代受損或丟失的神經元，有可能恢復失去的認知或感覺。而且，由于最初的細胞來自患者，新的ipsc衍生神經元將在基因上與患者匹配，從而消除了排斥反應的可能性。</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;但這些細胞的產量往往很低，實現適當的成熟是一個大問題。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元，用于細胞移植治療，而不會產生免疫排斥反應。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>