光和遗传探测脑血流量的不制造动态
虽然人类的大脑有超过400英里的血管系统，但我们对构成错综复杂的血管迷宫的微小毛细血管知之甚少，这些血管对向数十亿脑细胞输送含氧血液和营养至关重要。
西雅图儿童研究所(Seattle Children’s Research Institute)发育生物学和再生医学中心(Center for Developmental Biology and Regenerative Medicine)的首席研究员安迪·施(Andy Shih)博士对这个庞大的网络是如何调控的有了深入的了解血液流动在脑可能是新生儿和儿童神经系统疾病(如中风和缺氧)以及老年痴呆症和阿尔茨海默病等衰老问题的新治疗方法的关键。
“证据不足血心流会导致许多常见的儿童和成人神经问题。”“然而，由于我们无法通过体内临床成像技术看到毛细血管，而毛细血管的厚度只有头发的1/10，因此我们无法确定血液是如何通过这片密集的血管床的。”
想要获得仔细的外观，Shih和同胞科学家博士和德里安·伯瑟博士和David Hartmann博士，应用特殊技术，称为双光子成像和光学学，可以在动物模型中孤立和研究脑毛细血管。他们的发现发表了自然神经科学描述控制大脑中毛细血流的动态，对脑研究的未来途径具有广泛的影响。
画在血管上的细胞
在这项研究中，Shih领导的科学团队专注于一种被称为a周皮细胞。周细胞覆盖毛细管表面，并广泛分为血管壁细胞。
“他们被称为壁画细胞，因为它们紧密地粘附在船壁（murali是拉丁文的墙壁），但我想象的是，它就像他们在毛细血管上涂上毛细血管“shih说。”春季生活在所有这些脑毛细血管上，接触超过90％的浓密网络。与动脉和动脉瘤的壁画不同，它们有很长的阑尾，不会包围整个船只。“
如果在结构上配备过脑毛细血管中的血液流动，科学家们已经长期讨论了。
“是否脑毛细血管周细胞收缩和扩张毛细血管一直是一个有争议的假设，自从他们被发现，”Shih说。“探索生物体内这些动态的研究得出了不同的结果，一些研究支持这一理论，另一些则相反。”
Shih说，大脑毛细血管周细胞在体内研究具有挑战性的原因有很多。
他说:“由于血管系统的连通性，很难将周细胞的作用与小动脉分离开来，小动脉强烈但间接地影响了大脑中的毛细血管血流。”“毛细血管也无法被大多数成像技术检测到，这些成像技术缺乏分辨率，或者更专注于大动脉中的血流。”
确定的周
研究人员提出了一种专门的方法来研究细胞特异性的周细胞。
“我们用激光像开关一样打开单个周细胞。这是通过结合双光子显微镜和光遗传学来完成的，多年来人们一直在用这种方法来刺激神经元，但直到最近才应用到周细胞等其他类型的细胞上。”他曾在史宗瀚的实验室工作，现在是斯坦福大学的医学实习生。“重要的是，我们一次只能操纵一个周细胞，以了解它们在血液流动调节中的特定作用。之前的研究不能只打开一个开关，而是打开了整个断路器。”
他们的方法首先涉及到可以用光刺激的周细胞工程动物模型。然后，他们利用活体大脑的实时成像来捕捉毛细血管对刺激的反应。
“当我们打开周细胞时，我们观察到毛细血管血流减少的直接影响，”哈特曼说。“当我们用聚焦光去除周细胞时，我们观察到毛细血管血流量增加。”
结果证实，成人动物模型中的脑毛细血管综合症实际上调节血流，一个关键差异：它比上游动脉动脉的观察到更慢。
Shih说:“动脉的血流变化可以在几秒钟内改变，而毛细血管周细胞的血流变化可能在几分钟甚至几小时内发生。”
当研究小组将一种临床上使用的药物法舒地尔(fasudil)引入模型时，他们无法以同样的方式操纵周细胞。法舒地尔被认为可以放松血管。
“法舒地尔作用于周细胞，阻止它们因光遗传刺激而收缩，”Shih说。“有了这一证据，我们可以开始考虑不同的大脑状况，从而有可能确定能够放松活大脑中的周细胞并改善血液流动的治疗方法。”
对中风和超越的影响
中风是这项研究的广泛含义的一个例子。在中风中，凝块形式导致血流停止。没有含氧血液，脑组织迅速受损。
Shih说:“研究表明，在中风或大脑或脊髓损伤等其他情况下，即使血液在动脉中回流，毛细血管周细胞也会长期处于收缩状态，损害血液进入脑组织的能力。”“临床成像将确认大血管中的正常血液流动，但阻碍这些我们看不到的小血管中的血液流动意味着什么?我们可能如何使用治疗手段来缓解这种阻力?”
他们的发现也延伸到阿尔茨海默病、血管性痴呆和其他以周细胞加速病理为特征的衰老大脑状况。未来的研究将研究周细胞功能的丧失如何影响大脑的血液分布。其他正在进行的研究是研究发育中的大脑脉管系统中的周细胞。
“现在我们了解有关控制健康大脑的血流的周刊动态的信息，我们可以开始寻找在疾病中对这些细胞功能的变化，”SHIH实验室的博士后研究员Berthiaume说。“换句话说，现在我们知道周刊应该如何表现为支持大脑健康，我们可以努力了解在中风或受伤时出现问题时会发生什么。”
Shih还与朱莲博士博士，一名儿科神经科医生研究嵌合抗原受体（汽车）T细胞癌免疫治疗的神经副作用。研究表明综合症表达了相同的抗原，汽车T细胞被编程为靶向癌细胞，导致工程细胞攻击它们。需要新型号来在实验室中更密切地研究。
Shih说:“现在我们对健康大脑中毛细血管周细胞的活动有了更好的了解，并在实验室中改进了研究工具，还有很多诱人的问题需要继续研究。”
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