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《科學(xué)》:新技術(shù)成功重建小鼠腦神經(jīng)線路

日期:2011-12-15 09:02:58

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道,最近,一個(gè)由美國哈佛大學(xué)、馬薩諸塞州總醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)等機(jī)構(gòu)研究人員組成的合作小組,將經(jīng)過選擇的正常功能神經(jīng)元移植到神經(jīng)功能紊亂的小鼠腦中,很大程度上恢復(fù)了小鼠的正常腦功能。這也意味著,哺乳動(dòng)物的大腦比人們以前所想的更容易修復(fù)。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。

 

實(shí)驗(yàn)使用了一種轉(zhuǎn)基因鼠,這種鼠因?yàn)樯窠?jīng)紊亂無法對瘦蛋白信號產(chǎn)生響應(yīng)而變得病態(tài)肥胖。瘦蛋白是一種控制新陳代謝和體重的激素,受下丘腦調(diào)節(jié)。小鼠經(jīng)移植正常的胚胎神經(jīng)元后錯(cuò)誤線路得到修復(fù),變得能響應(yīng)瘦蛋白信號而使體重大大減輕。

 

研究人員用了一種高分辨率超聲顯微鏡技術(shù),將取自胚胎的祖細(xì)胞和幼年細(xì)胞精確植入到小鼠下丘腦的特定位置,并通過分子化驗(yàn)、電子顯微鏡、膜片鉗(用小電極研究單個(gè)或幾對神經(jīng)元特性的電生理學(xué)技術(shù))等方法,研究它們的生長和融合情況。

 

經(jīng)過對新生神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)、分子性狀和電生理學(xué)特性等方面觀察,確認(rèn)它們發(fā)育成了控制瘦蛋白信號的4種主要神經(jīng)元,這些神經(jīng)元有效地連入腦網(wǎng)絡(luò)并重新連接損壞的電路,在功能上和原來的腦線路融為一體。新生神經(jīng)元能通過正常的突觸和受體神經(jīng)元溝通,而大腦也能對其返回信號,變得能響應(yīng)瘦蛋白、胰島素和葡萄糖。經(jīng)治療后,這些小鼠體重比那些未經(jīng)治療的和用其他替代療法的對照鼠要輕30%

 

“有趣的是,這些胚胎神經(jīng)元連接得并不像我們想象得那么精確,但這好像沒什么關(guān)系。” 論文高級作者、哈佛醫(yī)學(xué)院院長杰弗里·弗萊爾說,“從某種意義上,這些神經(jīng)元就像天線,能立刻捕獲瘦蛋白信號。從能量平衡的角度看,這么少量的正常基因神經(jīng)元就能如此有效地修復(fù)神經(jīng)線路令人驚訝。”

 

論文作者之一、哈佛大學(xué)干細(xì)胞與再生生物學(xué)教授、HMS神經(jīng)病學(xué)教授杰弗里·馬克利斯解釋說,在成年動(dòng)物中,只有嗅球和海馬體亞區(qū)的齒狀回兩個(gè)腦區(qū)有大的神經(jīng)新生,下丘腦只有少量神經(jīng)元能持續(xù)新生。下丘腦調(diào)控著攝食、新陳代謝、體溫、性與攻擊等基本行為。能在下丘腦細(xì)胞的尺度實(shí)施修復(fù),表明新療法有望治療更復(fù)雜的神經(jīng)類疾病,如脊髓損傷、自閉癥、癲癇、漸凍人(肌萎縮性側(cè)索硬化癥)、帕金森氏病(震顫麻痹)、亨廷頓舞蹈病等。


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