在Rett综合征实验室模型中，先进成像显示神经元迁移深陷

麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的科学家们使用一种创新的显微镜方法，观察了新生神经元如何在先进的Rett综合征人类脑组织模型中挣扎着到达适当的位置，从而对患有破坏性疾病的患者大脑中观察到的发育缺陷如何出现产生了新的见解。

Rett综合征是由MECP2基因突变引起的，其特征是症状包括严重的智力残疾和社会行为受损。为了对突变如何影响人类大脑发育的早期阶段有新的认识，麻省理工学院大脑和认知科学系牛顿神经科学教授Mriganka Sur实验室的研究人员培养了3D细胞培养物脑瀑样他们使用了来自MECP2突变人群的细胞，并将它们与没有突变的其他相同培养物进行了比较。然后，博士后穆拉特·耶尔德勒姆领导的团队使用一种称为三次谐波(THG)三光子显微镜的先进成像技术，检查了每种类型的微型大脑的发育。

Yildirim与麻省理工学院机械工程教授Peter So合作，在Sur的实验室中帮助开创了THG，允许对活的完整组织进行高分辨率成像，而无需添加任何化学物质来标记细胞。这项新研究发表在eLifeYildirim说，这是第一个使用THG来成像类器官的人，使它们几乎不受干扰。以前的类器官成像研究需要使用无法穿透3D组织的技术，或者需要杀死培养物的方法:要么把它们切成薄片，要么用化学方法清除并标记它们。

三光子显微镜使用激光，但耶尔德勒姆和索定制了实验室的显微镜，使其对组织施加的功率不超过猫玩具激光笔(小于5毫瓦)。

“你应该确保你没有以任何不利的方式改变或影响神经元生理，”耶尔德勒姆说。“你真的应该保持一切完好无损，确保你没有带任何可能会造成破坏的外部东西。这就是为什么我们对电力(和化学标签)如此小心。”

即使在低功率下，他们也能获得足够的信号，以实现固定和活类器官的无标签、完整成像。为了验证这一点，他们将他们的THG图像与通过更传统的化学标记方法制作的图像进行了比较。

THG系统让他们能够追踪新生神经元当它们从迷你大脑(称为脑室)的开放空间的边缘向外缘移动时，外缘直接类似于大脑皮层。他们发现，与没有MECP2突变的相同细胞类型的微型大脑表现出的更快的直线运动相比，模拟Rett综合征的微型大脑中的新生神经元移动缓慢且蜿蜒。苏尔说，这种迁移缺陷的后果与科学家(包括他实验室的科学家)对Rett综合征胎儿的假设是一致的。

“我们从死后大脑和大脑成像方法中知道，在死亡过程中事情会出错大脑发育但要弄清楚是什么和为什么非常困难，”麻省理工学院西蒙斯社会大脑中心主任苏尔说。“这种方法使我们能够直接可视化关键贡献者。”

Yildirim说，THG对组织成像没有标记，因为它对材料折射率的变化非常敏感。因此，它解决了生物结构之间的边界，如血管，细胞膜和细胞外空间。由于神经的形状在发育过程中会发生变化，研究小组还能够清楚地看到脑室区(新生神经元出现的脑室周围区域)和皮层板(成熟神经元定居的区域)之间的划分。它也很容易分辨不同的心室并将它们分割成不同的区域。

这些特性使研究人员能够看到，在Rett综合征类器官中，心室更大，数量更多，而心室区(脑室周围的边缘，神经元诞生的地方)更薄。在活体类器官中，他们能够在几天内追踪一些神经元向皮层移动的过程，每20分钟拍摄一张新照片，就像真实发育中的大脑中的神经元一样。他们发现，Rett综合征神经元的速度只有非突变神经元的三分之二左右。Rett神经元的路径也明显更加摆动。这两种差异结合起来意味着Rett细胞只能走一半的距离。

苏尔说:“我们现在想知道MECP2是如何影响影响神经元迁移的基因和分子的。”“通过筛选雷特综合征类器官，我们有了一些很好的猜测，我们渴望进行测试。”耶尔德勒姆将于9月在克利夫兰诊所的勒纳研究所(Lerner Research Institute)成立自己的实验室，他说，基于这些发现，他有了新的问题。他想要在类器官发育的后期成像，以追踪蜿蜒迁移的后果。他还想更多地了解特定类型的细胞是否会或多或少地挣扎着迁移，这可能会改变皮层回路的工作方式。

耶尔德勒姆还表示，他希望继续推进THG三光子显微镜，他认为这种显微镜有潜力用于人类的精细成像。它对人体有重要的好处，特别是成像方法可以深入活体组织而不需要人工标记。

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