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2023-02-10 17:00
在一項新的研究中,來自美國西北大學等研究機構的研究人員利用人類誘導性多能干細胞(iPSC)構建出首批高度成熟的神經(jīng)元,這一壯舉為針對神經(jīng)退行性疾病和創(chuàng)傷性損傷的醫(yī)學研究和潛在移植療法提供了新的機會。相關研究結果于2023年1月12日在線發(fā)表在 Cell Stem Cell 期刊上。
雖然以前的科學家們已將干細胞分化為神經(jīng)元,但這些神經(jīng)元在功能上是不成熟的——類似于胚胎或出生后早期的神經(jīng)元。目前利用干細胞培養(yǎng)技術獲得的神經(jīng)元成熟度有限,削弱了它們在神經(jīng)變性研究中的潛力。
為了獲得成熟的神經(jīng)元,這些作者使用了“跳舞分子(dancing molecule)”,他們首先將人類iPSC分化為運動神經(jīng)元和皮層神經(jīng)元,然后將它們放在含有快速移動的舞蹈分子的合成納米纖維涂層上。
由此富集的神經(jīng)元不僅更加成熟,而且還表現(xiàn)出更強的信號傳導能力和更大的分支能力,這是神經(jīng)元相互之間進行突觸接觸所需要的。與典型的往往會聚集在一起的干細胞衍生性神經(jīng)元不同,這些神經(jīng)元并沒有聚集在一起,使它們在維護方面的難度降低。
神經(jīng)元細胞
這些作者認為,隨著進一步的開發(fā),這些成熟的神經(jīng)元可能被移植到患者身上,有望作為治療脊髓損傷和包括肌萎縮性脊髓側索硬化癥(ALS)、帕金森病、阿爾茨海默病或多發(fā)性硬化癥在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病的一種有希望的療法。
這些成熟的神經(jīng)元也為在基于培養(yǎng)皿的體外模型中研究神經(jīng)退行性疾?。ˋLS)和其他的年齡相關疾病提供了新的機會。通過提高細胞培養(yǎng)物中神經(jīng)元的年齡,這些作者將改進實驗,以便更好地了解晚發(fā)性疾病。
未來有望治療脊髓損傷和神經(jīng)退行性疾病
下一步,iPSC衍生的成熟的增強的神經(jīng)元也可能移植到脊髓損傷或神經(jīng)退行性疾病患者身上。比如,醫(yī)生可以從ALS或帕金森病患者身上提取皮膚細胞,將它們轉化為iPSC,然后在這種涂層上培養(yǎng)這些細胞,從而產(chǎn)生健康、高功能的神經(jīng)元。
將健康的神經(jīng)元移植到患者體內(nèi),可以取代受損或喪失的神經(jīng)元,有可能恢復失去的認知或感覺。而且,由于最初的細胞來自患者,新的、iPSC衍生的神經(jīng)元將與患者的基因相匹配,消除了免疫排斥的可能性。
Kiskinis說,“細胞替代療法對于像ALS這樣的疾病來說是非常具有挑戰(zhàn)性的,因為移植到脊髓中的運動神經(jīng)元需要將它們的長長的軸突投射到周邊的適當肌肉部位,但對于帕金森病來說可能更直接。無論如何,這項技術都將會引發(fā)變革。”
Stupp說,“有可能從患者身上提取細胞,將它們轉化為干細胞,然后將干細胞分化為不同類型的細胞。但這些細胞的產(chǎn)量往往很低,而且實現(xiàn)適當?shù)某墒焓且粋€大問題。我們可能將我們的涂層整合到大規(guī)模制造患者來源的神經(jīng)元中,用于不會產(chǎn)生免疫排斥的細胞移植療法。”
參考資料:
Zaida Álvarez et al. Artificial Extracellular Matrix Scaffolds of Mobile Molecules Enhance Maturation of Human Stem Cell-Derived Neurons. Cell Stem Cell, 2023, doi:10.1016/j.stem.2022.12.010.