Science：將人腦細胞移植到小鼠大腦中有助深入認識唐氏綜合症

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在一項新的研究中，來自英國、葡萄牙和瑞士的研究人員將人腦細胞移植到小鼠大腦中，首次觀察到它們如何生長和彼此之間建立連接。這允許他們在一種比以前更自然的環境中研究人腦細胞之間相互作用的方式。基於這種技術，他們通過使用由兩名唐氏綜合症患者捐獻的細胞構建出唐氏綜合症模型。此外，他們還描述了來自唐氏綜合症患者的腦細胞與來自沒有患上這種疾病的人的腦細胞之間的差異。他們表示，他們的方法可能在未來用於研究一系列腦部疾病，包括精神分裂症，痴呆症和自閉症。相關研究結果於2018年10月11日在線發表在Science期刊上，論文標題為「In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome」。

圖片來自Science, doi:10.1126/science.aau1810。

儘管來自唐氏綜合症患者的腦細胞之間形成的一些連接更加穩定和豐富，但是它們以一種略加不協調的方式進行通信。這提示著在唐氏綜合症中，腦細胞之間形成的連接的協調活動減少和穩定性增加可能與認知功能有關。

將人腦細胞移植到小鼠大腦中允許這些研究人員能夠隨著時間的推移監測它們的成熟。最終，他們發現來自唐氏綜合症患者的腦細胞在發育的關鍵階段並不像正常細胞那樣活躍，這可能對這種疾病的一些癥狀產生重要的影響。

至關重要的是，這種技術允許科學家研究腦細胞之間如何進行通信。腦細胞之間形成的連接能夠讓它們彼此間交談，而且經常在痴呆症和帕金森病等疾病中首先遭受損傷。這種情況早在腦細胞自身開始死亡之前就已經發生了。但是這些連接是如此之小以至於諸如核磁共振成像（MRI）和正電子放射斷層造影術（PET）之類的掃描工具不能夠觀察到它們。在這項新的研究中，這些研究人員採用了一種革命性的稱為體內雙光子顯微鏡（in vivo 2-photon microscopy）的技術，這允許他們不僅能夠觀察單個活的腦細胞，而且也能夠觀察它們之間形成的連接。

在這項研究中，這些研究人員首先從唐氏綜合症患者體內取出一些皮膚細胞，隨後在實驗室中將它們進行重編程而產生誘導性多能幹細胞（iPS細胞），接著利用ips細胞產生腦細胞。他們對這些腦細胞進行基因改造以便能夠監測它們的活動。他們隨後能夠將這些人腦細胞移植到活小鼠的大腦中，並隨著時間的推移，監測它們的發育和功能。這些人腦細胞不僅形成了複雜的網路，而且還開始以與正常腦細胞非常相似的方式進行通信。他們原本希望一些人腦細胞能夠在小鼠大腦內生長，但是令人吃驚的是，他們觀察到這些人腦細胞茁壯成長，很快就會彼此間交談和合作。

目前尚不清楚這些移植到小鼠大腦中的人腦細胞在多大程度上類似於人腦中腦細胞的組裝和複雜性。還需要開展進一步的實驗來研究這一點。

參考資料：

Raquel Real1,2,*, Manuel Peter3,*, Antonio Trabalza et al. In vivo modeling of human neuron dynamics and Down syndrome. Science, Published Online: 11 October 2018, doi:10.1126/science.aau1810.

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