培养皿中相互连接的细胞让研究人员可以研究脑部疾病
通过从干细胞中创造出多种类型的神经元并观察它们如何相互作用，索尔克的科学家们开发了一种在实验室中研究脑细胞之间联系的新方法。这项技术可以生成大脑的部分模型，研究小组利用这项技术展示了精神分裂症患者神经元之间的交流是如何改变的。这项工作出现在细胞干细胞2018年5月3日。
“在许多精神疾病中，有证据表明两者之间的联系存在功能障碍细胞索尔克遗传学实验室教授、资深作者拉什蒂·盖奇说。“但研究人与人之间的功能联系非常困难神经元在实验室里，直到现在。”
以前，研究人员想要研究一种疾病的潜在分子机制精神分裂症通常一次只关注一种类型的脑细胞，研究疾病细胞中基因或蛋白质的水平是否发生了改变，或者信号通路是否出现了失调。
盖奇的团队之前开发了一种利用人体的方法干细胞以产生齿状回(DG)细胞，这是大脑海马体中的关键神经元，与许多精神疾病有关。在这项新研究中，他们采用了这种方法来诱导干细胞沿着不同的发育途径发展，创造出CA3锥体神经元——这种细胞可以接收海马体中DG神经元的信号。研究小组发现，由此产生的CA3神经元具有不同的分子特性。
“我们不仅仅得到了一种类型的CA3神经元，”研究助理Anindita Sarkar说，他是这篇论文的第一和共同通信作者。“我们得到的混合物与我们在人脑中看到的混合物非常接近。”此外，当研究小组将这些细胞移植到老鼠的海马中时，这些细胞将自己整合到已经存在的神经元网络中。
在确认了新的脑细胞是真正的CA3神经元后，研究人员开始将它们与DG神经元混合，并研究细胞如何相互作用。他们使用一种叫做病毒追踪的方法——依赖于狂犬病毒跟随神经元连接的倾向——表明CA3神经元正在与其他CA3神经元和DG神经元形成物理连接。
最后，该团队想要测试他们是否可以使用这些连接的神经元来研究疾病。所以他们重复了他们的步骤，这次从七组不同的细胞开始——三组来自精神分裂症患者，四组来自健康对照组。他们诱导细胞恢复到它们的干细胞形态，然后生成DG和CA3神经元。随着神经元的成熟，研究人员发现，精神分裂症患者产生的CA3神经元的活动峰值更少。当他们混合DG和CA3神经元时，他们得到了类似的发现——精神分裂症组的DG和CA3神经元的活动模式被抑制，神经元组之间的信号更少。
“有证据表明海马体和DG细胞受到精神分裂症的影响，”萨卡尔说。“所以，如果DG细胞受到影响，它们向CA3细胞发送的信号就会减少，这是有道理的。”
在未来，盖奇的团队希望在他们的模型中添加更多的细胞类型，比如CA1神经元。他们还想研究在其他疾病中神经元连接是如何改变的。
“我认为这是下一步疾病用干细胞建模，”Sarkar说。在过去的10年里，我们在研究单个细胞方面做得很好，但对于这一系列精神疾病——从抑郁症到自闭症到精神分裂症——我们也必须研究它们之间的联系。”
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