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    通過與星型膠質(zhì)細(xì)胞共同培養(yǎng)，由人類皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化而成的神經(jīng)干細(xì)胞（顯示為紅色）非常高效地分化成為了大腦神經(jīng)元（顯示為綠色）。圖片由賓州州立大學(xué)，陳功實驗室提供。

    人民網(wǎng)紐約7月25日電（記者 徐澍）基于一種開拓性的新技術(shù)，科學(xué)家們現(xiàn)在可以通過對皮膚細(xì)胞的基因組重新編程和分化來獲取成熟的大腦細(xì)胞即神經(jīng)元。此技術(shù)使得有關(guān)老年癡呆癥，精神分裂癥和自閉癥等復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究變得更加安全和有效。領(lǐng)導(dǎo)此研究項目的賓夕法尼亞州立大學(xué)生物系Verne M. Willaman冠名教授陳功說： “這項研究的重要意義是在培養(yǎng)皿中創(chuàng)造出和人類 大腦中自然生長的神經(jīng)元功能非常接近的成熟人腦神經(jīng)元用來進(jìn)行人腦疾病的研究”。陳教授還表示此技術(shù)將來可以用于開發(fā)基于病人自身基因和細(xì)胞信息的個性化治療方案。這項研究成果發(fā)表在“干細(xì)胞研究”（Stem Cell Research）雜志上。
    “顯然，科學(xué)家們不能從病人的大腦里直接取出細(xì)胞來進(jìn)行實驗。所以在培養(yǎng)皿中創(chuàng)造出病人的成熟大腦細(xì)胞用于科學(xué)研究和藥物篩選就成了最好的替代方法”。在此前的研究中，科學(xué)家們已經(jīng)研發(fā)出了通過將病人的皮膚細(xì)胞基因組重編程而誘導(dǎo)出多功能干細(xì)胞（iPSCs）。陳教授解釋道，“多功能干細(xì)胞就像一塊沒有雕琢的璞玉。在發(fā)育過程中，這些干細(xì)胞能夠分化成各種特性的細(xì)胞類型，如肌肉細(xì)胞、血液細(xì)胞、或腦細(xì)胞等。所以在通過對皮膚細(xì)胞重編程而創(chuàng)造出多功能干細(xì)胞后，科學(xué)家們能夠在培養(yǎng)皿中將此類干細(xì)胞進(jìn)一步分化成為腦神經(jīng)元來進(jìn)行深入的研究”。
    在此項新研究中，陳教授和他的團(tuán)隊將人的誘導(dǎo)型多功能干細(xì)胞高效地分化成為成熟的人腦神經(jīng)元，其功能和大腦自身的神經(jīng)元非常接近。“在大腦的自然環(huán)境中，神經(jīng)元總是和星型膠質(zhì)細(xì)胞有密切聯(lián)系，后者在大腦中含量很豐富并且有著輔助神經(jīng)元正常工作的功能。所以我們預(yù)測這種緊密的接觸對于干細(xì)胞分化的神經(jīng)元也應(yīng)起著重要的作用，”陳教授說 。
    為了證明他們的設(shè)想，陳教授和他的團(tuán)隊首先將誘導(dǎo)型多功能干細(xì)胞培養(yǎng)轉(zhuǎn)化成神經(jīng)干細(xì)胞，也就是有分化為神經(jīng)元潛能的干細(xì)胞。接著，他們把這些神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)在由單層膠質(zhì)細(xì)胞組成的支持細(xì)胞層上，使得這兩種細(xì)胞能夠相互緊密接觸。
    “我們發(fā)現(xiàn)這些培養(yǎng)在膠質(zhì)細(xì)胞上的神經(jīng)干細(xì)胞非常高效地分化成了成熟的神經(jīng)元，這些細(xì)胞的行為與單獨培養(yǎng)在培養(yǎng)皿中的神經(jīng)干細(xì)胞完全不同，就像星形膠質(zhì)細(xì)胞一直在給神經(jīng)干細(xì)胞加油，在告訴他們怎么做，并且?guī)椭麄兺瓿赊D(zhuǎn)化為神經(jīng)元的使命”，陳教授說 。
    為了證明這些在膠質(zhì)細(xì)胞支持下成長的神經(jīng)元的優(yōu)越性，陳教授和他的博士研究生唐欣使用電生理記錄方法證實了在膠質(zhì)細(xì)胞的支持下神經(jīng)元之間形成了更多的神經(jīng)突觸連接。在另一組實驗中，當(dāng)把神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)在膠質(zhì)細(xì)胞上僅一周之后，研究者們就發(fā)現(xiàn)新分化的神經(jīng)元已經(jīng)能夠發(fā)放動作電位，即在大腦中所有神經(jīng)元都具有的快速電興奮信號。有趣的是，當(dāng)把人類神經(jīng)干細(xì)胞加入到事先培養(yǎng)好的小鼠神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)里時，“我們發(fā)現(xiàn)在僅僅一周之內(nèi)，人類神經(jīng)元和小鼠神經(jīng)元之間就形成了很多的神經(jīng)突觸傳遞”。陳教授解釋這些‘突觸傳遞’的形成是因為神經(jīng)元與其臨近神經(jīng)元直接接觸，并釋放被稱為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)信號來調(diào)節(jié)鄰接神經(jīng)元的活動。
    “從前的研究者只能從死亡的患者身上獲取老年癡呆癥，精神分裂癥或自閉癥的腦神經(jīng)細(xì)胞。而現(xiàn)在，研究者可以從活著的患者身上通過安全微創(chuàng)的方法取得皮膚細(xì)胞，并把它們轉(zhuǎn)化為大腦細(xì)胞來模擬此患者自身大腦細(xì)胞的活動，”陳教授解釋道。通過這種方法，研究者能夠運用這些與患者自身大腦細(xì)胞極為相近的神經(jīng)元來研究某種特定藥物的影響，從而大大消除了在患者身上產(chǎn)生副作用的風(fēng)險?！盎颊呖梢栽诓恍枰盟幬锏那闆r下用自身的類似腦細(xì)胞進(jìn)行藥物實驗，從而實現(xiàn)低風(fēng)險的個性化治療方案”，陳教授說。
    陳功教授的研究團(tuán)隊包括來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的唐欣，周麗，Alecia M. Wagner； 和來自 Salk 研究院的 Maria C.N. Marchetto 和 Fred H. Gage； 以及來自加州大學(xué) 圣地亞哥 分校的 Alysson R. Muotri。此項研究的資金來源于賓州州立大學(xué)干細(xì)胞基金，美國國立衛(wèi)生研究院，JPB基金會，Mathers基金會，McDonnell基金會，以及加州再生醫(yī)學(xué)研究所。

（責(zé)任編輯：秋彤）