2013年12月19日

伤害后脑修复和阿尔茨海默病

宾州州立大学的研究人员开发了一种创新技术，可在脑损伤后再生功能神经元，以及用于研究阿尔茨海默病的模型系统。科学家们使用了中枢神经系统，胶质细胞的支持细胞，以再生健康的功能性神经元，这对于在大脑中传输信号至关重要。

龚辰是一位生物学教授，Verne M. Willaman主席在宾夕法尼亚州的生命科学和研究团队的领导者，呼吁在长期脑修复之旅中突破。陈说，“这项技术可能被发展成为创伤性脑和脊髓损伤，中风，阿尔茨海默病，帕金森病等神经系统疾病的新治疗治疗。”该研究将由期刊在线发布细胞干细胞2013年12月19日。

当大脑受伤或疾病伤害时，神经元经常死亡或堕落，但胶质细胞变得更加分支，众多。这些“反应性胶质细胞”最初构建防御系统，以防止细菌和毒素入侵健康组织，但这种过程最终形成限制健康神经元生长的胶质疤痕。“脑伤害网站就像一个车祸，”陈说道。“反应性胶质电池就像警车，救护车和消防车立即涌入帮助 - 但是如果太多陷入现场，这些救援车辆可能会导致问题。反应性胶质电池的问题是他们经常留下来他解释说，损伤部位形成胶质瘢痕和预防神经元生长回到受伤区域。

所以几年前，陈的实验室测试了新的方法，将胶质瘢痕组织转变为正常的神经组织。“伤害部位有更多的活力胶质细胞和更少的功能神经元，”陈说，“所以我们假设我们可能能够将疤痕中的胶质细胞转化为脑内损伤部位的功能神经元。这项研究受到诺贝尔奖获奖技术的启发多能干细胞（IPSCS）在Shinya Yamanaka的小组中开发，显示了如何将皮肤细胞重新编程为干细胞，“陈召回。

陈和他的团队开始研究反应性胶质细胞如何响应特定蛋白质，神经元，已知在形成中是重要的神经细胞在成人大脑的海马区域。它们假设表达Neurod1蛋白在损伤部位的活性胶质细胞中可能有助于产生新神经元 - 就像它在海马中一样。为了测试这一假设，他的团队用逆转录病毒感染了活性胶质细胞，指定神经元1蛋白的遗传密码。“我们使用的逆转录病毒是复制缺陷，因此不能像在野外发现的其他病毒一样杀死感染的细胞，”陈说。“更重要的是，逆转录病毒可以感染除了诸如活性胶质细胞的分割细胞，但它不会影响神经元，这使其成为对正常脑功能最小副作用的治疗性的理想选择。”

在第一次测试中，陈和他的团队研究了是否可以在将Neurod1逆转录病毒注入成人小鼠的皮质区域后转化为功能神经元的反应性神经元。科学家发现，在感染神经元1逆转录病毒感染后，两种类型的活性胶质细胞 - 星形星形细胞和NG2胶质细胞 - 在一周内重新编程为神经元。“有趣的是，将活性的星形胶囊细胞重新编程为兴奋性神经元，而NG2细胞被重新编程为兴奋性和抑制性神经元，使得可以在重新编程后在大脑中达到激发抑制的平衡，”陈说。他的实验室还进行了电生理测试，这表明由神经元1逆转录病毒转化的新神经元可以从其他神经细胞接受神经递质信号，表明新转化的神经元已成功集成到局部神经电路中。

在第二次测试中，陈和他的团队使用了阿尔茨海默病的转基因小鼠模型，并证明了小鼠患病脑中的活性胶质细胞也可以转化为功能性神经元。此外，该团队证明，即使在具有阿尔茨海默病的14个月大的小鼠中，一个大致相当于60岁的人类注射Neurod1逆转录病毒进入小鼠皮质的年龄仍然可以诱导大量新生神经元从反应中重新编程胶质细胞。“因此，我们在小鼠大脑中证明的转换技术可能用于在具有阿尔茨海默病的人们中再生功能性神经元，”陈说。

为了确保胶质细胞对神经元转换方法不限于啮齿动物动物，陈和他的团队进一步测试了培养人神经胶质细胞的方法。“在表达神经元1蛋白的表达后3周内，我们在显微镜中看到人类胶质细胞正在重新发明它们：它们从平板上改变了它们的形状胶质细胞“陈说，进入正常的神经元，”科学家们进一步测试了这些新转化的人类神经元的功能，发现它们实际上，它们能够释放和应对神经递质。