人類幹細胞衍生的神經元可修復迴路並恢復神經功能

2020-12-03 科學網

人類幹細胞衍生的神經元可修復迴路並恢復神經功能

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/9/23 12:58:41

中國科學院腦科學與智能卓越創新中心陳躍軍等研究人員發現，人類幹細胞（hESC）衍生的神經元可修復迴路並恢復神經功能。該研究於2020年9月22日在線發表於國際一流學術期刊《細胞—幹細胞》。

研究人員將hESC衍生的中腦多巴胺（mDA）或穀氨酸皮質神經元移植到小鼠帕金森氏病（PD）模型的黑質或紋狀體中，並發現移植物能夠與宿主迴路廣泛整合。通向背側紋狀體的軸突尋路取決於移植神經元的身份，而突觸前的解剖輸入在很大程度上取決於移植物的位置，但抑制性與興奮性輸入則取決於移植神經元的身份。hESC衍生的mDA神經元顯示出A9特性並恢復了重建的黑紋狀體迴路功能，從而介導運動功能的改善。

 

這些結果表明，在移植重建的迴路和內源性神經網絡之間，特定於細胞類型的突觸前後整合具有相似性，這突顯了hPSC衍生神經元亞型在成年大腦中進行特定迴路修復和功能恢復的能力。

 

據了解，儘管細胞移植可以挽救帕PD模型中的運動缺陷，但移植物是否以及如何在功能上修復成年大腦中受損的神經迴路尚不清楚。

 

附：英文原文

Title: Human Stem Cell-Derived Neurons Repair Circuits and Restore Neural Function

Author: Man Xiong, Yezheng Tao, Qinqin Gao, Ban Feng, Wei Yan, Yingying Zhou, Thomas A. Kotsonis, Tingli Yuan, Zhiwen You, Ziyan Wu, Jiajie Xi, Alexander Haberman, Julia Graham, Jasper Block, Wenhao Zhou, Yuejun Chen, Su-Chun Zhang

Issue&Volume: 2020-09-22

Abstract: Although cell transplantation can rescue motor defects in Parkinson’s disease (PD)models, whether and how grafts functionally repair damaged neural circuitry in theadult brain is not known. We transplanted hESC-derived midbrain dopamine (mDA) orcortical glutamate neurons into the substantia nigra or striatum of a mouse PD model and found extensive graft integration with host circuitry.Axonal pathfinding toward the dorsal striatum was determined by the identity of thegrafted neurons, and anatomical presynaptic inputs were largely dependent on graftlocation, whereas inhibitory versus excitatory input was dictated by the identityof grafted neurons. hESC-derived mDA neurons display A9 characteristics and restorefunctionality of the reconstructed nigrostriatal circuit to mediate improvements inmotor function. These results indicate similarity in cell-type-specific pre- and post-synapticintegration between transplant-reconstructed circuit and endogenous neural networks,highlighting the capacity of hPSC-derived neuron subtypes for specific circuit repairand functional restoration in the adult brain.

DOI: 10.1016/j.stem.2020.08.014

Source: https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(20)30410-0

相關焦點

  • Science:神經迴路有問題,合成蛋白來修復
    人腦在龐大的神經元網絡中包含數萬億個突觸。突觸重塑對於確保有效接收和整合外部刺激以及存儲和檢索信息至關重要。突觸的構建和重塑受突觸組織蛋白的調控，該過程異常可擾亂興奮性和抑制性神經傳遞平衡，導致精神病和神經系統疾病的發生，比如自閉症譜系疾病、癲癇、精神分裂症和阿爾茨海默氏病等。因此，研究如何調控神經元修復神經元迴路至關重要。
  • Cell Stem Cell: 人幹細胞來源的神經元修復環路,重塑神經功能
    2020年9月22日，Cell Stem Cell  期刊在線發表了題為Human Stem Cell-Derived Neurons Repair Circuits and Restore Neural Function（人幹細胞來源的神經元修復環路重塑神經功能）的研究論文。
  • 神經幹細胞移植治療脊髓損傷的研究進展
    神經幹細胞移植後可分化為神經元，填補、替代損傷部位，並形成神經突觸，重建神經迴路；其分化產生少突膠質細胞，促進新生的神經纖維和殘存脫髓鞘纖維髓鞘化，恢復神經纖維的完整性；此外，移植的神經幹細胞還可通過以下方式對脊髓損傷的恢復產生積極作用:分泌多種神經營養因子，改善脊髓局部微環境，促進神經再生；產生細胞外基質，填充損傷後遺留空腔，為神經再生提供支持物；改善局部免疫狀態，減少繼發損傷。
  • 人iPS細胞恢復了中風大鼠的運動感覺能力
    例如，儘管遇到了一些困難，將神經幹細胞移植到大腦受損或患病區域被認為是一種潛在的治療選擇。現在，瑞典隆德大學的研究人員找到了一條利用誘導多能幹（iPS）細胞衍生皮層神經元治療中風大鼠的途徑。修復神經損傷對科學家和醫生來說從來都不是一件容易的事情，但仍然是神經科學許多研究的最終目標。例如，儘管遇到了一些困難，將神經幹細胞移植到大腦受損或患病區域被認為是一種潛在的治療選擇。
  • 「黑盒子」神經幹細胞移植成功修復脊髓損傷
    ，從而促進宿主缺失功能的部分恢復的一種技術。近日，加州大學聖地牙哥分校的科學家成功將神經幹細胞移植入小鼠脊髓損傷處，並揭示了其中的機制。近年來，神經幹細胞研究成為治療神經退行性疾病和中樞神經系統損傷的熱點，而長期以來，利用幹細胞恢復患者因脊髓損傷（SCI）而喪失的功能，也一直是科學家和醫生的雄心壯志。
  • 廣州醫生新發現:神經幹細胞移植治療腦梗死 受損運動功能得以恢復
    原標題：廣州醫生新發現：神經幹細胞移植治療腦梗死 受損運動功能得以恢復 　　據統計，我國現有腦梗死（腦卒中）患者7000萬人，每年新發腦卒中200萬人，約70%-80%的腦梗病人會造成身體殘疾。如何有效地治療腦梗死，讓腦部損傷的病人儘可能恢復機體功能，是醫學界一直在研究的重要課題。
  • 經過基因編輯的神經元能修復中風大腦 還讓失明小鼠恢復視力
    隆德團隊和其他研究人員此前的幾項研究表明，可以將源自人類幹細胞或重新編程的細胞的神經細胞移植到患有中風的大鼠的大腦皮層中，從而使這些大鼠運動得更好。但是，尚不知道移植的細胞是否能夠以恢復正常運動和感覺的方式在大鼠腦中正確形成連接。而在近日的研究中，研究人員們又收穫了新的突破。他們還證明了宿主大腦真的與移植的神經細胞形成了功能連接。
  • 人類胚胎幹細胞移植恢復小鼠記憶能力 —新聞—科學網
    ，使已喪失學習和記憶功能的小鼠恢復了學習和記憶能力。業內專家認為，該成果對治癒各種神經功能缺陷疾病有重大意義。 據介紹，張素春科研團隊選中了一種不會排斥其他物種移植物的特殊小鼠，他們首先「蓄意破壞」了小鼠大腦中掌管「學習和記憶」、被稱為「內側隔核」的大腦區域的「線路」，使小鼠暫時喪失「學習和記憶」能力。
  • 激活靜息態神經幹細胞 或可修復大腦損傷
    激活靜息態神經幹細胞 或可修復大腦損傷神經幹細胞(NSCs)是一種多能祖細胞，負責產生神經系統中所有的神經元和大膠質細胞。在成年哺乳動物中，神經幹細胞主要處於一種「休眠」狀態，但它們可以在進食或運動等環境因素的影響下增殖。
  • Science:激活溶酶體可讓衰老的神經幹細胞恢復青春
    隨著這些神經幹細胞衰老，它們清除這些蛋白聚集物的能力逐漸下降，而且它們對「產生新的神經元」信號快速作出反應的能力減弱。這些研究人員發現讓這些細胞的溶酶體功能恢復正常就可恢復它們的活化能力。在年輕的神經幹細胞中發現蛋白聚集物是出乎意料之外的，這部分上是因為類似的蛋白聚集物與阿爾茨海默病等神經退行性疾病的發展相關。
  • 中樞神經系統功能恢復:轉化神經科學原理綜述
    最後，我們認為，在功能迴路重建的宏觀框架內，微觀細胞行為的策略調控應為大多數神經修復策略提供基礎，神經外科醫生的早期介入對臨床轉化的成功至關重要。評 論鑑於最近的發展，假設中樞神經系統損傷後功能恢復得到改善，這篇綜述文章旨在制定微觀和宏觀原則，基於最近的數據回顧來指導中樞神經系統的恢復。
  • ...治療 神經幹細胞 caspase-3 科學家 元兇 幹細胞 神經功能障礙...
    東方網9月13日消息：據《勞動報》報導，為什麼腦卒中會引起神經功能障礙，並且醫學科學家至今沒有有效治療手段？昨天，復旦大學宣布，醫學神經生物學國家重點實驗室、腦科學研究院趙冰樵教授團隊，經3年多艱苦攻關，首次發現了阻礙腦卒中後神經幹細胞再生的「元兇」。目前該成果已刊登在最新一期的著名學術期刊《幹細胞》雜誌上，引起世界醫學界關注。
  • 漸凍症神經功能的恢復依然未知,幹細胞是否可解?
    自1996年美國FDA批准利魯唑用於ALS以來，20多年超過50種藥物被研究開發，但均無進展，其神經功能的恢復依然是個未知數。幹細胞具有修復受損組織、新生血管和調節免疫的特點，臨床對ALS及相關神經變性疾病以幹細胞作為切入點的研究已取得了諸多成果。
  • 血小板衍生生長因子能促進脊髓損傷後運動功能的恢復
    來自中國溫州醫科大學的張宏宇團隊最新研究發現，血小板衍生生長因子能夠通過調節自噬流來促進內皮細胞的修復，改善血脊髓屏障的功能，減輕脊髓損傷後運動功能的障礙。血小板衍生生長因子是貯存於血小板α顆粒中的一種鹼性蛋白質，具有促進血管內皮細胞增殖和遷移，現在已經作為一種臨床治療帕金森疾病的潛在藥物。在以往的研究中，張宏宇等已證實血小板衍生生長因子能夠有效的恢復血脊髓屏障，但尚未深入探索其研究。此次實驗發現血小板衍生生長因子可通過調節自噬流來促進內皮細胞的修復。
  • 【前沿進展】神經幹細胞及其微環境的衰老與再生
    這些神經微環境含有可以被激活以產生活躍增殖神經幹細胞(aNSCs)的靜息態神經幹細胞(qNSCs)。aNSCs具有分化為神經元、少突膠質細胞或星形膠質細胞的潛能。NSC譜系的始端由靜息態神經幹細胞(quiescent NSCs, qNSCs)組成，它們通常處於休眠狀態，被激活後可生成具有增殖能力的神經幹細胞。
  • 神經幹細胞最新研究進展(第4期)
    需要注意的是，在腦脊髓等所有神經組織中，不同的神經幹細胞類型產生的子代細胞種類不同，分布也不同。 神經幹細胞的治療機理是：（i）患病部位組織損傷後釋放各種趨化因子，可以吸引神經幹細胞聚集到損傷部位，並在局部微環境的作用下分化為不同種類的細胞，修復及補充損傷的神經細胞。
  • 移植人幹細胞產生的多巴胺能神經元有望治療帕金森病
    他們發現，由人胚胎幹細胞（ESC）產生的神經元可以很好地整合到大腦的正確區域，與內源性的神經元建立連接，並恢復這些小鼠的運動功能。相關研究結果於2020年9月22日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為「Human Stem Cell-Derived Neurons Repair Circuits and Restore Neural Function」。
  • 中國科學家這項研究讓神經幹細胞乖乖「修補大腦」!
    這一成果，將大大推進神經幹細胞移植治療腦梗死的臨床應用。　　該項研究的第一作者盧烈靜博士正在顯微鏡下觀察幹細胞　　絕大多數腦梗死患者都不能及時溶栓　　腦梗死是人類致殘的首要原因。　　大腦中的神經元死後不可再生，因此錯過了「時間窗」後，腦梗死的治療效果不佳。在慢性期，則主要依靠康復、針刺等治療來恢復殘疾肢體的功能，效果也非常有限。目前，我國約七八成的腦梗死患者因殘疾而不能獨立生活，需要長期照護。　　沈君的研究團隊 「基因敲除」讓神經幹細胞「聽話」 　　神經幹細胞移植給腦梗死病人帶來新的希望。
  • 駐留神經幹細胞促進脊髓修復
    駐留神經幹細胞促進脊髓修復 作者：小柯機器人 發布時間：2020/10/3 22:55:18 瑞典卡羅林斯卡學院Jonas Frisén課題組取得一項新突破。
  • 科普:細胞「貨物」轉運體可助修復受損腦細胞
    新華社北京7月26日電  美國研究人員近日在美國《國家科學院學報》上發表的報告顯示，細胞「貨物」轉運體——外泌體不僅對大腦神經元和神經迴路的發育不可或缺，而且能夠幫助受損的腦細胞恢復健康。　　外泌體是細胞對外分泌的一種小囊泡，能被受體細胞吸收，在細胞之間運輸物質和傳遞信息。此前研究發現，外泌體與癌症和神經退行性疾病的細胞間通信有關，但人們還不清楚外泌體在腦發育中的作用。　　美國斯克裡普斯研究所等機構的研究人員檢測了來自健康神經元的外泌體和瑞特症候群患者身上提取的神經元的外泌體。