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盤內相互連接的細胞讓研究人員研究大腦疾病

2019-01-09 21:15:11 ? 來源：

通過創(chuàng)建多種類型的神經(jīng)元干細胞,觀察他們如何互動,索爾克科學家開發(fā)出一種新方法在實驗室里研究大腦細胞之間的連接。使用這項技術,它生成一個部分的大腦模型,研究小組表明神經(jīng)元改變在精神分裂癥患者之間的溝通。這項研究于2018年5月3日發(fā)表在《干細胞》雜志上。

索爾克遺傳學實驗室的教授、資深作者Rusty Gage說:“在許多精神疾病中，有證據(jù)表明細胞之間的連接功能紊亂。”“但直到現(xiàn)在，在實驗室里研究人類神經(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制的研究人員通常會一次關注一種類型的腦細胞，研究疾病細胞中的基因或蛋白質水平是否發(fā)生了改變，或信號通路是否似乎出現(xiàn)了失調。

蓋奇的團隊先前已經(jīng)開發(fā)出一種方法，利用人類干細胞來制造齒狀回(DG)細胞，這是大腦海馬區(qū)的關鍵神經(jīng)元，與許多精神疾病有關。在這項新研究中，他們調整了這種方法，誘導干細胞沿著不同的發(fā)育路徑下行，創(chuàng)造了CA3錐體神經(jīng)細胞，這種細胞接收來自海馬體中DG神經(jīng)元的信號。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。“我們得到的混合物與我們在人腦中看到的混合物非常接近。此外，當研究小組將這些細胞移植到老鼠海馬體內時，這些細胞就會整合到已經(jīng)存在的神經(jīng)元網(wǎng)絡中。

在確認新的腦細胞是真正的CA3神經(jīng)元后，研究人員開始將它們與DG神經(jīng)元混合，研究這些細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，研究小組想要測試他們是否能用這些連接的神經(jīng)元來研究疾病。所以他們重復了他們的步驟，這次從7組不同的細胞開始——3組來自精神分裂癥患者，4組來自健康對照組。他們誘導這些細胞恢復到干細胞的形態(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)元活動峰值較少。當他們混合了DG和CA3神經(jīng)元時，他們得到了類似的發(fā)現(xiàn)——精神分裂癥組的神經(jīng)元抑制了活動模式，神經(jīng)元之間的信號傳遞減少。

“有證據(jù)表明海馬體和DG細胞受到精神分裂癥的影響，”Sarkar說。“因此，如果DG細胞受到影響，它們向CA3細胞發(fā)送的信號就會減少，這是有道理的。”

在未來，Gage的研究小組希望在他們的模型中加入更多的細胞類型，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。

“我認為這是用干細胞進行疾病建模的下一步，”Sarkar說。在過去的10年里，我們在研究單個細胞方面做得很好，但是對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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