新技術(shù)！實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)人腦細(xì)胞

【在實(shí)驗(yàn)室里生長(zhǎng)人類的腦細(xì)胞】李甘博士希望找到治療方法來(lái)幫助阿爾茨海默病患者。像大多數(shù)研究人員一樣，她掃清了幾個(gè)主要障礙。

當(dāng)研究人員發(fā)現(xiàn)潛在的新藥時(shí)，必須對(duì)人體細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)其可以使患者受益。歷史上，這些測(cè)試已經(jīng)在癌細(xì)胞中進(jìn)行，但癌細(xì)胞通常與人腦細(xì)胞的生物學(xué)不匹配。

Gladstone研究所研究員Gan解釋說(shuō)：“問題是實(shí)際人群的腦細(xì)胞不能在盤中生存，所以我們需要在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)人體細(xì)胞。但是，這并不像聽起來(lái)那么簡(jiǎn)單?！?/p>

許多科學(xué)家使用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）來(lái)解決這個(gè)問題。IPSC通過(guò)重新編程皮膚細(xì)胞成為干細(xì)胞，然后可以轉(zhuǎn)化成身體中的任何類型的細(xì)胞來(lái)制備。Gan使用iPSCs來(lái)產(chǎn)生腦細(xì)胞，如神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兣c神經(jīng)變性疾病有關(guān)。

源自iPSCs的人類腦細(xì)胞具有很大的藥物篩選潛力。然而，生產(chǎn)它們的過(guò)程可能是復(fù)雜的，昂貴的和高度可變的。目前許多方法產(chǎn)生的細(xì)胞是異質(zhì)的或彼此不同的，這可能導(dǎo)致藥物篩選結(jié)果不一致。

為了克服這些限制，邁克爾·沃德博士博士有一個(gè)想法。

新技術(shù)誕生了

曾任Gan實(shí)驗(yàn)室博士后研究的Ward，他現(xiàn)在是美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的調(diào)查人員說(shuō)：“我認(rèn)為，如果我們可以找到一種方法來(lái)簡(jiǎn)化和更好地控制這種方法，我們可以改進(jìn)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)人類腦細(xì)胞的方式。”

Ward和他的同事Chao Wang博士發(fā)現(xiàn)了一種方法來(lái)操縱細(xì)胞的遺傳構(gòu)成，從單個(gè)iPSC產(chǎn)生數(shù)千個(gè)神經(jīng)元。這意味著現(xiàn)在每個(gè)工程腦細(xì)胞都是相同的。

加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)病學(xué)教授甘恩（Gan）表示：“我使用傳統(tǒng)的方法觀察到太多的變異性，這使得再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)非常有問題，因此，產(chǎn)生均勻的人腦細(xì)胞的能力是非常令人興奮的。”

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步改進(jìn)了創(chuàng)建簡(jiǎn)化的兩步過(guò)程的技術(shù)。這使得科學(xué)家能精確地控制他們產(chǎn)生的腦細(xì)胞數(shù)量，并使得更容易將其結(jié)果從一個(gè)實(shí)驗(yàn)復(fù)制到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

他們的技術(shù)也大大加速了這個(gè)過(guò)程。Gan和她的團(tuán)隊(duì)通常需要幾個(gè)月的時(shí)間才能產(chǎn)生大腦細(xì)胞，現(xiàn)在可以在1或2周內(nèi)對(duì)其進(jìn)行大量的工程設(shè)計(jì)，并在1個(gè)月內(nèi)就能產(chǎn)生功能活躍的神經(jīng)元。

研究人員認(rèn)識(shí)到，這種新方法具有巨大的潛力來(lái)篩選藥物和研究疾病機(jī)制。為了證明這一點(diǎn)，他們對(duì)自己的研究進(jìn)行了測(cè)試。

他們運(yùn)用他們的技術(shù)，通過(guò)使用iPSCs產(chǎn)生人類神經(jīng)元。隨后開發(fā)了藥物發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，篩選了1,280種化合物。他們的目標(biāo)是確定可以降低大腦蛋白質(zhì)tau蛋白水平的化合物，這被認(rèn)為是阿爾茨海默病研究中有希望的方法之一，并且可能產(chǎn)生新藥物來(lái)治療這種疾病。

“這表明，我們可以設(shè)計(jì)大量人腦細(xì)胞，這些細(xì)胞都是一樣的，同時(shí)也大大降低了成本，”Gladstone：“這意味著我們的技術(shù)可以輕松擴(kuò)大，并且基本上可以用來(lái)篩選數(shù)百萬(wàn)種化合物?！?/p>

這種新技術(shù)的細(xì)節(jié)也在2017年10月10日在科學(xué)雜志“干細(xì)胞報(bào)告”上發(fā)表。