診斷胼胝體發育不全有新方法!與星形膠質細胞有關

2021-01-10 科技世界網

科學家發現,隨著發育,主要負責支撐腦細胞的星形神經膠質,將自己左右編織,形成跨越大腦左右半葉的軸突橋。

如果沒有這些星形膠質,胼胝體將無法正確排列,就會引發胼胝體發育不全和一系列發育失調。

「人們對胼胝體發育不全根源的了解非常少,並且對其如何發生的沒有令人滿意的解釋。」該研究報告第一作者、澳大利亞昆士蘭大學昆士蘭腦研究所博士後Ilan Gobius說,「我們相信我們發現了這些失調症的重要原因之一。」

使用小鼠和人腦掃描,由昆士蘭腦研究所副所長Linda Richards領銜的研究組發現,這些星形膠質細胞起初位於充滿纖維母細胞的下部區域,但隨著胎兒發育出一個分子信號路徑後,星形膠質便向前移動並成熟。這時,它們開始將自己編織起來,形成一個厚厚的圓柱,「坐落」在大腦的中央,並擠壓兩個半葉,引起之間的縫隙收縮。


這個星形膠質圓柱就像一座為胼胝體軸突搭建的橋梁,讓它們能穿越大腦兩邊。隨著這座橋不斷發育,兩個腦半球間的縫隙也隨之縮小,直到僅剩一小點,並且胼胝體也開始形成。

研究人員發現,當分子信號出現問題時,星形膠質細胞就無法變成多極細胞。這會阻止胼胝體帶的形成,並導致胼胝體發育不全。「我們發現,如果這些星形膠質細胞不發生變化,形成胼胝體的過程也不會開始。」Gobius說。

下一步,該研究組希望利用這些成果更好地診斷胼胝體發育不全等疾病。目前,醫生只能利用超聲波或核磁共振在胎兒發育期診斷這些疾病,但這些手段必須嚴格管理且精確性難以保證。


【植入人類神經膠質細胞讓實驗鼠記憶力大增

  美國羅切斯特大學醫學院的研究人員將取自人類胚胎的細胞注入「嬰兒」實驗小鼠體內,使它們發育出了「半人半鼠」的大腦。由於人類細胞要高級得多,這就像讓實驗小鼠的大腦「提升功率」一樣。實驗結果顯示,這些擁有人類大腦細胞的實驗小鼠的記憶力是沒有接受注射的同伴們的4倍。

  項目負責人史蒂夫·戈德曼表示:「我們可以說,它們比對照組小鼠聰明多了。」不過,這項研究的目的並非要創造一個新的「超級鼠」物種,而是希望使小鼠的大腦更像人一樣,以幫助科學家加深對腦部疾病的認識。

  據報導,研究小組從試管受精餘留的捐贈胚胎中提取出神經膠質細胞,並將其注入幼鼠體內,從而得到了這種「雜交」小鼠。神經膠質細胞可為神經元提供支持和保護,並發展成為形狀像星星、帶有長長卷鬚的星形膠質細胞。星形膠質細胞協助統籌神經元之間電脈衝的傳輸,對於思維過程來說至關重要。人類星形膠質細胞是小鼠的20倍大,卷鬚的數量是小鼠的100倍。

  

    研究人員發現,在注射一年後,人類細胞就「掌權」了,而小鼠細胞都「逃到了邊緣地帶」。儘管戈德曼說,這些細胞並沒有使老鼠「更加人類化」,但他也坦言,他的團隊曾設想過將人類細胞注入猴子體內。「我們只是考慮了一下,但由於各種潛在的道德問題,我們決定放棄這樣做。」

  有專家表示,簡單注射人類細胞就能看到如此巨大的影響,這真讓人吃驚。德國慕尼黑大學教授沃爾夫岡·恩納德說:「這些細胞竟然能在不同的物種體內工作,這令人驚奇,同時也帶來了問題——哪些能力是因細胞本身而得到提升的,哪些又是因為新環境而得到促進的?」但他也不無擔憂:「如果你製造出了更像人類的動物,該如何收場?」


【英研究人員發現星形膠質細胞可調節呼吸強度

    英國研究人員最新研究發現,星形膠質細胞在調節呼吸方面發揮著關鍵作用。該發現表明大腦組織功能與呼吸衰竭有密切關係,而星形膠質細胞或可成為防止呼吸衰竭的治療標靶。

    神經膠質細胞是哺乳動物神經組織中除神經元以外的另一大類細胞,其數量為神經元的10倍。直到最近,科學家都認為神經膠質細胞只是為神經元提供結構和營養支持,而星形膠質細胞作為神經膠質細胞中最大的一種,則只是在神經元間起到聯結紐帶的作用。

    

  

    英國布裡斯託大學和倫敦大學學院的研究人員通過先進的基因轉移技術,對小鼠大腦中星形膠質細胞的活動進行觀察後發現,該種細胞的化學敏感度極高,能夠感知血液中二氧化碳水平的變化,當二氧化碳含量過高時,它們會釋放化學信號三磷酸腺苷(ATP),刺激大腦神經中樞調整呼吸強度,以移除血液中過多的二氧化碳。    

  研究人員表示,該發現表明,星形膠質細胞可根據不斷變化的新陳代謝和活動需要來調節呼吸強度,它在呼吸調節方面居於中心地位。而神經膠質細胞功能障礙很可能與嬰兒猝死症候群或先天中樞性換氣不足症有關。如果這個假設正確,星形膠質細胞則可作為防止呼吸衰竭的潛在治療標靶。    

  該研究成果發表在最近一期的《科學快訊》。


【腦內星形膠質細胞培育成功 有助神經疾病治療

    美國科學家在《自然·生物技術》雜誌上報告稱,他們在實驗室培養皿中,誘導胚胎幹細胞和誘導人體幹細胞成功培育出大腦內最常見的細胞——星形膠質細胞,新研究對神經系統失調等疾病的治療進展具有重要意義。

  由於之前人體星形膠質細胞很難獲得,科學家們對其了解還很不夠。該研究的領導者、威斯康星大學麥迪遜分校醫學和公共衛生學院教授、幹細胞專家張素春(音譯)表示,現在,僅僅使用一個幹細胞,我們就能獲得十數億甚至數萬億個星形膠質細胞。大批量培育出星形膠質細胞有助於更好地理解其在大腦中的功能以及其在頭痛、痴呆等神經系統失常方面發揮的作用,從而設計出新療法和藥物來治療神經系統失常類疾病。

  

    星形膠質細胞是哺乳動物腦內分布最廣泛的一類細胞,也是膠質細胞中體積最大的一種,其能處理和傳輸信息;調節細胞外離子和化學環境,吸收神經元相互作用產生的過量化學物質;擋住危險的分子,讓其不進入大腦中;支持腦血屏障;為神經組織提供營養物質,並在大腦瘢痕修復中起重要作用。星形膠質細胞還會將神經元包裹起來以保護它們,並讓它們保持健康。如果沒有星形膠質細胞,神經元將無法作用。

  張素春表示,在實驗室獲得星形膠質細胞有幾個潛在的實際作用。它們能被用於治療腦部疾病的新藥篩查;在不遠的未來,它們能被用來在培養皿中為疾病建模。科學家也能將這些細胞移植入人體以治療包括腦外傷、帕金森氏症以及骨髓受損等在內的神經失調情況。如果大腦或脊髓出現了損傷或其他神經失調,將正常的、健康的星形膠質細胞移植入大腦,就可修復運動神經元。

  科學家們研發出的新技術為製造所有不同類型的星形膠質細胞奠定了基礎,更重要的是,科學家們可以對其進行重組以便讓它們模擬疾病,這樣,以前無法直接了解的神經失調或許都能在實驗室中進行研究。

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    分子生物學先驅Sydney Brenner教授說過:「科學的進步依賴於新技術、新發現和新想法,並且大致是按這個順序進行的。」(1)。這句話正好適用於星形膠質細胞研究:新技術和方法的使用帶來了意想不到的發現和可驗證的假說。
  • 多篇文章聚焦科學家們近年來在星形膠質細胞研究上的新進展!
    本文中,小編盤點了多篇文章,共同聚焦科學家們近年來在星形膠質細胞研究上取得的新進展,分享給大家!特別地,在大腦發育過程中,小膠質細胞會主動清除或「修剪」突觸,這有助於塑造讓大腦有效工作的迴路。
  • 星形膠質細胞如何幫助神經元形成突觸
    索爾克研究所的科學家發現,稱為星形膠質細胞的腦細胞通過在成對的神經元中誘導特定的變化,從而在成對的神經元之間開始交流。該研究成果於2017年10月11日發表在Neuron上,對自閉症,ADHD和精神分裂症等神經發育障礙具有重要意義,據認為這至少部分是由於神經元之間的交流障礙所致。
  • 星形膠質細胞釋放ATP有快速抗抑鬱作用
    高天明團隊採用基因敲除、轉基因等技術手段,發現星形膠質細胞釋放ATP減少導致小鼠出現抑鬱樣行為,而外源性給予ATP或內源性激活星形膠質細胞促進ATP釋放,可在一周內快速逆轉動物的抑鬱樣行為。由此證實,ATP的釋放或可為治療抑鬱症提供新的切入點,這也是世界上首次報導ATP的抗抑鬱作用。
  • 目標再次瞄向星形膠質細胞
    原創 Eurek Alert 阿爾茨海默病科學家們經常關注大腦中被稱為斑塊的蛋白質的異常積累,試圖找到阿爾茨海默病的治療方法。但是這些斑塊的作用還不清楚。但是,Frailin生物醫學研究所健康、疾病和癌症神經膠質生物學中心的研究人員並沒有關注生病的神經元,而是將注意力集中在一組為保持最佳大腦健康而聞名的大量腦細胞上。他們集中研究了一種叫做星形膠質細胞(astrocytes)的膠質細胞,這種膠質細胞可能會被澱粉樣斑塊破壞,從而無法支持大腦的循環系統,最終也無法支持神經元。
  • 揭示神經膠質細胞在神經發育中的作用
    隨著我們年齡的增長,修剪掉沒有關聯的突觸就能夠讓現有的突觸更有效地運行,這種修剪與形成新的細胞連接一樣重要。突觸形成和突觸移除之間的不平衡與發育性精神障礙(包括孤獨症和精神分裂症)有關。神經膠質細胞,如星形膠質細胞和小膠質細胞,通常被認為是大腦的支持細胞,但新出現的證據提示著它們在突觸形成和修剪中起著重要的作用。
  • Neuron重磅長綜述:星形膠質細胞在中樞神經系統炎症中扮演的角色
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  • Nat Biotechnol:張素春等用多能幹細胞分化生成星形膠質細胞
    ,這項研究是由復旦大學上海醫學院解剖與組織胚胎學系*、著名幹細胞專家張素春教授與美國威斯康星大學麥迪遜分校經長達5年多的合作研究的,在一項幹細胞研究中,研究人員首次成功地利用人類多能幹細胞,分化生成了星形膠質細胞,該成果對腦組織、腦器官的再生、修復和腦部疾病治療有重要應用價值。
  • :張素春等成功誘導星形膠質細胞發生
    由復旦大學*、著名幹細胞專家張素春教授領導的研究團隊(來自美國威斯康星大學麥迪遜分校和復旦大學上海醫學院解剖與組織胚胎學系),近期在幹細胞研究中再次取得突破性成果,他們首次成功地利用人類多能幹細胞(hPSCs)分化生成了星形膠質細胞。
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    神經幹細胞分化圖。2012年8月28日 訊 /生物谷BIOON/ --瑞典哥德堡大學薩爾格學院(Sahlgrenska Academy)研究員Milos Pekny教授領導的一個研究小組在Stem Cells期刊上發表了一篇關於控制大腦中新神經元產生的分子機制方面的研究論文。
  • 新進展:科學家發現帕金森氏病患者星形膠質細胞代謝異常
    新進展:科學家發現帕金森氏病患者星形膠質細胞代謝異常 2020-09-09 15:54 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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    科技日報北京6月28日電 英國《自然》雜誌日前發表一項再生醫學領域的突破:研究人員首次在分離的人類細胞和小鼠中,利用一種單步方法將大腦的非神經元細胞成功轉化成了功能性神經元。這項技術被證實可以逆轉帕金森病小鼠模型的症狀,為人類治療神經退行性疾病帶來巨大希望。
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