研究人员使用纳米技术修复有缺陷的大脑回路
通过对小鼠和人体组织的研究，约翰霍普金斯大学的医学研究人员报告了新的证据，证明从大脑中一些(但不是全部)被称为星形胶质细胞的“辅助”细胞中抽出的一种蛋白质，在指导学习和形成新记忆所需的神经元之间的连接形成方面起着特定的作用。
研究人员利用基因工程和繁殖的老鼠，减少了这种连接，进行了概念验证实验，表明他们可以通过纳米颗粒提供纠正蛋白质，以取代在有缺陷的神经公路上“修路”所需的缺失蛋白质。
因为这样的连接网络会丢失或损坏神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症或某些类型的智力残疾，如诺里病，研究人员说，他们的发现推动了再生和修复网络的努力，并有可能恢复正常的大脑功能。
研究结果发表在《科学》杂志5月刊上自然神经科学。
“我们正在研究星形胶质细胞功能的基础生物学，但也许已经发现了一个新的目标，有朝一日用新的治疗方法干预神经退行性疾病，”医学博士杰弗里·罗斯坦(Jeffrey Rothstein)说，他是约翰·霍普金斯大学医学院脑科学研究所的约翰·w·格里芬主任和神经学教授。
“尽管星形胶质细胞在大脑中看起来都很相似，但我们有一种暗示，由于大脑功能的区域差异以及在某些疾病中观察到的变化，它们可能在大脑中起着特殊的作用，”罗斯坦说。“我们的希望是，学会利用这些不同星形胶质细胞群体中的个体差异，可能使我们能够指导大脑发育，甚至逆转某些大脑状况的影响，我们目前的研究已经推进了这一希望。”
在大脑中，星形胶质细胞是一种支持细胞，作为指导新细胞的向导，促进化学信号传导，清理脑细胞代谢的副产品。
罗斯坦的团队专注于一个特定的星形胶质细胞蛋白质，谷氨酸转运蛋白-1，先前的研究表明，在患有神经退行性疾病的大脑某些部位的星形胶质细胞中缺失。就像生物吸尘器一样，在信息被发送到另一个细胞后，这种蛋白质通常会从神经元之间的空间中吸收化学“信使”谷氨酸，这是结束传递和防止谷氨酸毒性水平积累所必需的一步。
当这些谷氨酸转运体从大脑的某些部位消失时——比如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)患者的运动皮层和脊髓——谷氨酸就会停留太久，传递过度兴奋和杀死细胞的信息。
为了弄清楚大脑是如何决定哪些细胞需要谷氨酸转运蛋白在美国，罗斯坦和他的同事们把重点放在了基因前面的DNA区域上，这个区域通常控制着制造蛋白质所需的开关。他们对老鼠进行基因改造，使其在基因被激活的每个细胞中都发出红光。
正常情况下，所有星形胶质细胞中的谷氨酸转运蛋白都是开启的。但是，通过使用来自谷氨酸开关的1000到7000比特的DNA代码片段，大脑中的所有细胞都发出红光，包括神经元。直到研究人员从这个位置尝试了8300位的DNA代码的最大序列，研究人员才开始在红细胞中看到一些选择。这些红细胞都是星形胶质细胞，但只存在于小鼠大脑皮层的某些层。
因为他们可以识别出这些“8.3个红色星形胶质细胞”，研究人员认为它们可能具有与大脑中其他星形胶质细胞不同的特定功能。为了更准确地找出这8.3个红色星形胶质细胞在大脑中的作用，研究人员使用细胞分选机将小鼠大脑皮层组织中的红色星形胶质细胞与未着色的星形胶质细胞分离开来，然后确定与未着色的细胞群相比，红色星形胶质细胞中哪些基因的激活水平远高于正常水平。研究人员发现，这8.3个红色星形胶质细胞高水平地激活了一种基因，该基因编码一种名为Norrin的不同蛋白质。
Rothstein的研究小组从正常老鼠的大脑中提取神经元，用Norrin处理它们，发现这些神经元长出了更多的“分支”——或延伸——用于传递化学信息大脑细胞。然后，Rothstein说，研究人员观察了缺乏Norrin的老鼠的大脑，发现这些神经元的分支比产生Norrin的健康老鼠少。
在另一组实验中，研究小组将诺林的DNA代码加上8300个“定位”DNA，组装成可输送的纳米颗粒。当他们将Norrin纳米颗粒注射到没有Norrin的老鼠的大脑中时，这些老鼠的神经元开始迅速生长出更多的分支，这一过程表明神经网络正在修复。他们也在人类神经元上重复了这些实验。
罗斯坦指出，诺里蛋白的突变会降低人体内诺里蛋白的水平，从而导致诺里病——一种罕见的遗传性疾病，会导致婴儿失明和智力残疾。由于研究人员能够培育出用于交流的新分支，他们相信有一天可能会使用Norrin来治疗某些类型的智力残疾，如Norrie病。
下一步，研究人员正在研究Norrin是否可以修复患有神经退行性疾病的动物模型的大脑连接，为了准备潜在的成功，米勒和罗斯坦已经为Norrin申请了专利。
