英首次用成人皮肤细胞制造出大脑皮层细胞
　　虽然仅有两三毫米的厚度，大脑皮层却通过其表面上百亿个神经细胞实现视觉、听觉信息处理以及情感、决策、抽象思维等高级认知功能。也正因为如此，大脑皮层是人体内最为复杂和重要的神经活动场所。英国科学家的新发现为研究大脑皮层生理机能提供了更为直接的办法。可以料想，未来科学家不仅可以通过重组皮肤细胞来破解大脑皮层的发育密码，也许对于种种复杂的认知、意识过程的研究也能以更为直接的方式进行。
据英国《每日电讯报》2月13日（北京时间）报道，英国科学家宣布，他们首次通过对人的皮肤细胞进行重组，在实验室内制造出大脑皮层细胞。发表于最新出版的《自然·神经科学》上的这项研究成果将有助于人们更好地治疗帕金森氏症、癫痫和中风等疾病。
大脑皮层是大脑内大多数神经疾病出现的地方。大脑皮层占人脑的75%，绝大多数使我们成为人的重要过程，比如记忆、语言和意识等，都与此有很大关联，然而，这里也是疾病出现的重要地方。
此前，科学家们只能通过使用胚胎干细胞制造出大脑皮层细胞，但这种方法需要破坏胚胎，因此一直饱受争议。另外，也有科学家尝试用皮肤细胞制造出人脑细胞，但没有获得大脑皮层细胞。
现在，剑桥大学的科学家们通过对成人的皮肤细胞进行重组，使其发育成大脑皮层中出现的两类主要神经细胞，并证明采用这种方式得到的细胞与胚胎干细胞制造出的神经细胞一模一样。
该研究的领导者、剑桥大学戈登研究所的瑞克·利维赛指出：“现在，我们已能对皮肤细胞进行重组让其发育成大脑皮层细胞，并在实验室重演大脑发育过程，我们可以更好地理解大脑的发育情况；被疾病影响后大脑会出现什么错误以及对新的药物疗法进行筛查等。”
科学家们也表示，最新研究最终或许能为神经变性疾病和大脑损伤病人找到新的疗法，通过病人自身提取的皮肤样本在实验室中培育成大脑细胞来取代那些受损的大脑细胞。利维赛说：“使用从任何人身上提取的皮肤细胞样本，我们都能制造出大量的大脑皮层神经细胞，而且从原理上来讲，我们也能将这些神经细胞移植入病人体内。”
英国维康信托基金会和英国阿兹海默氏症研究会资助了这项研究。（记者刘霞）
刘芳宇 刘阳
】【】【】《细胞》：首获得哺乳动物大脑新皮层数字立体超微结构
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将一个细胞大小的大脑组织的显微结构组装起来，竟用了6年时间。不过这事实确实如此，而且这并不是一个消极怠工的团队，哈佛大学细胞生物学家Jeff Lichtman重建一小块小鼠脑组织数字结构的研究立刻受到极大关注，这是超微数字重建领域的重要进展，因为这是第一次获得的哺乳动物大脑皮层三维显微结构图。该研究论文最近发表在《细胞》杂志。这个脑组织大小大约为1500立方微米，这和1000亿个细胞组成的人类大脑相差十分遥远。但是，西雅图艾伦脑科学研究所主席Christof Koch认为，该研究采用的许多技术将会对未来十多年大脑研究产生巨大促进作用。Lichtman小组已经瞄准了更大目标，向立方毫米大小大脑组织块三维数字结构重建冲击。这种大小的大脑组织是最新这一报道的60万倍。研究将部分接受上月获得美国政府的智能先进研究项目活动IARPA资金支持。IARPA属于高风险高回报研究项目，目标是联合哈佛和麻省理工学院对大脑的精细结构和功能进行分析，最终解析大脑在学习等功能的细胞信息计算基础。新皮层是神经科学家非常有兴趣的区域，在人类和哺乳动物相对比较发达。大脑内神经元之间主要借助突触相互联系，借助突触化学递质信号可以在神经元之间传递，为适应大脑功能的需要突触可以建立和消除。突触结构非常细小，只能借助电子显微镜才能观察。许多突触都形成于一个神经元短的树突和另一个神经元长轴突之间。这一对大脑组织进行超微结构数字重建不是一个简单的工作。第一步，将脑皮层躯体感觉皮质用钻石刀片切成几千张薄片。把这些大脑组织薄片连起来卷到一个特殊的塑料带上，每天大约能完成1000张切片。这些切片用扫描电子显微镜进行分析拍照，这些显微镜功能足够强大能将突触囊泡清楚显示。对组织超微结构进行重建，最难的就是如何区分两个邻近神经元的树突，因为他们相互纠缠在一起。另外一个困难就是如何将相邻切片的结构准确拼接，因为经过多步骤操作，结构已经发生了很大改变。为克服这些问题，这些科学家开发出计算机程序，给不同神经元分配不同的颜色，这样能跟踪每个不同切片中的同一个神经元。这大大地提高了自动分析的范围和工作效率。这块组织十分小，难以包括一个完整的细胞，但已经包含超过1600个神经元和其他6种非神经元神经组织细胞，大约有1700个神经突触。这一研究发现了一些新的现象，例如，一些神经信息学家曾经推测，两个神经元之间形成突触主要是因为两者在物理空间上接近，但最新这一研究否定了这一看法。突触形成表现出明显的偏好。这一现象已经在视网膜和海马超微结构上被发现。英国爱丁堡大学神经学家说，目前正在进行的一些研究或许能给这种偏好提供答案。小组目前正在用同样方法分析新生儿小鼠大脑皮层，以分析是否突触联系在动物早期发育阶段有类似现象。他们也对人类大脑皮层进行类似分析。这种超微结构数字重建研究不仅能提高科学家对大脑功能的理解，而且能帮助设计出新的计算机计算方法。目前正在与哈佛大学麻省理工学院联合智能实验室集团谈判，哈佛联合实验室集团由个不同实验室组成，属于基于大脑皮层神经网络的机器智能的一部分。负责人说，的总体目标，是在学习大脑工作原理基础上，通过逆向工程彻底改变机器的学习能力。也投资于神经科学，因为我们对人类的认知、行为和决策等大脑功能都有兴趣。
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作者：ScienceNet
来源：ScienceNet
关键词：中间前体细胞,大脑皮层
香港科技大学9月16日表示，该校理学院院长、分子神经科学国家重点实验室主任叶玉如领导的研究团队，此前全球首次成功确定一种干细胞“中间前体细胞”可精准调控大脑皮层的生长，解开特定蛋白与“自闭症”等相关疾病成因的谜团。
当天，叶玉如在新闻发布会上分享这次研究成果。大脑皮层是哺乳动物大脑的最主要结构，控制了语言、意识、抽象思维和空间认知等高阶心智功能
大脑皮层的结构和功能发育受控于神经细胞的形成过程，若这过程失调，便会导致神经细胞数量异常，产生“巨脑症”或“小脑症”，亦会造成心智发育迟缓等障碍。
叶玉如介绍，近来大量科学证据表明，“自闭症”的形成与大脑过大及神经细胞过多，并由此导致功能异常有重要联连。然而，科学界过往对大脑发育的分子机制，仍然缺乏了解。
研究小组这次发现，通过调控一个名为“Axin蛋白”的功能，可以控制“中间前体细胞”的数量和神经细胞的形成，从而决定大脑的体积。
依据这新发现，研究小组发明了用基因手段，在老鼠的大脑中增多神经细胞并扩张大脑皮层，发现了老鼠出现类似人类“自闭症”重覆同一动作的行为。
叶玉如指，这新技术将能用于阐述大脑皮层的过度生长，是否与“自闭症”有直接关系。新发现也有望应用于干细胞疗法，在大脑发育早期减少或增多神经细胞，用以治疗“巨脑症”或“小脑症”。
另外，因为“Axin蛋白”对干细胞的形成和功能至关重要，科学家们可将“Axin蛋白”作为一个重要靶标，用以研发和筛选相关药物，应用于干细胞疗法。
这研究成果为探索大脑皮层的演化和扩增过程现曙光，有助破解与大脑早期发育过程异常有关的疾病机理。
据悉，这次突破性的发现，已在神经科学领域顶尖学术期刊《神经元》（Neuron）上发表。（）
生物谷推荐的英文摘要
Neuron&&&&&&&&&&&
Axin Directs the Amplification and Differentiation of Intermediate Progenitors in the Developing Cerebral Cortex
Wei-Qun Fang， Wei-Wei Chen， Amy K.Y. Fu， Nancy Y.
The expansion of the mammalian cerebral cortex is safeguarded by a concerted balance between amplification and neuronal differentiation of intermediate progenitors (IPs). Nonetheless， the molecular controls governing these processes remain unclear. We found that the scaffold protein Axin is a critical regulator that determines the IP population size and ultimately the number of neurons during neurogenesis in the developing cerebral cortex. The increase of the IP pool is mediated by the interaction between Axin and GSK-3 in the cytoplasmic compartments of the progenitors. Importantly， as development proceeds， Axin becomes enriched in the nucleus to trigger neuronal differentiation via β-catenin activation. The nuclear localization of Axin and hence the switch of IPs from proliferative to differentiative status are strictly controlled by the Cdk5-dependent phosphorylation of Axin at Thr485. Our results demonstrate an important Axin-dependent regulatory mechanism in neurogenesis， providing potential insights into the evolutionary expansion of the cerebral cortex.
(责任编辑：xiyang.zhang)
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可卡因诱导胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡的研究
作者：吴岚莹 王华 沈朝斌 戴强 孙金平 顾君 夏尤佳 龚建宏
【关键词】& 神经元
　　【摘要】 目的& 探讨使用不同剂量可卡因对大脑皮层神经元细胞凋亡的影响。 方法& 实验组每日分别给妊娠Wistar大鼠皮下注射不同剂量的盐酸可卡因15天。对照组每日给予相同剂量的普通生理盐水15天。在可卡因使用的第15天分别取胎鼠大脑皮层组织，用原位缺口末端标记（TUNEL）法、流式细胞术（FCM）检测大脑皮层神经元细胞凋亡。 结果& 在使用可卡因15mg/kg和25mg/kg组出现细胞凋亡，同对照组相比差异有非常显著性（P<0.01），而1.5mg/kg组未出现细胞凋亡。 结论& 使用大剂量可卡因可以导致胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡。&&&& 　　关键词& 可卡因 神经元 凋亡&&&&& 　　Cocaine induced cell apoptosis in cortical neurons of fetal mice&&&&& 　　Wu Lanying，Wang Hua，Shen Chaobin，et al.&&& 　　Department of Pediatrics，Shanghai Traditional&Western Medicine Integrated Hospital，Shanghai200082.&&& 　　【Abstract】 Objective To investigate the role of cell apoptosis induced by cocaine with different doses.Methods Pregnant Wistar rats in experimental group were given cocaine hydrochloride with different doses according to body weight（Subcutaneously injected for15days）.Control animals received physiological saline of equal volumes for15days.Cortical tissues of fetal mice were removed after15days in two groups.TUNEL（In situ nick end-labelling）assay was carried out to detect cell apoptosis，FCM（flow-cytometry）assay was carried out to detect cell apoptosis in cortical neu-rons of fetal mice.Results The number of apoptotic cells was significantly increased in cocaine exposure at doses of15mg/kg and25mg/kg，it were significantly different than the controls（P<0.01）.But that at a dose of1.5mg/kg did not expressed apoptosis.Conclusion The experimental results suggest that cocaine exposure at big doses lead to signifi-cant apoptosis in cortical neurons of fetal mice.&&& 　　Key words cocaine neuron apoptosis&&&&& 　　据报道在大多数北美的城市中有6%～15%的孕妇可卡因成瘾，近年来国内一些地区也存在孕妇吸毒问题。虽然可卡因对胚胎大脑的致畸作用已充分阐明，但对神经发育过程中出现的混乱仍存在争议。笔者通过动物实验，探讨使用可卡因对胎鼠大脑皮层神经元细胞的损害。
　　1 材料与方法&&&& 　　1.1 动物分组 将妊娠Wistar大鼠20只，置于室温（20±2）℃的清洁级动物室中，自由进食饮水。将其分成两组:实验组和对照组。实验组共15只妊娠Wistar大鼠，分实验组A、实验组B、实验组C，每组5只妊娠Wistar大鼠。给实验组A、B、C每组大鼠分别皮下注射溶解于0.2ml蒸馏水中盐酸可卡因（青海制药厂）1.5mg/kg、15mg/kg、25mg/kg，后两者为重度可卡因服用者的剂量 ［1］ 。每天给每只大鼠称重1次，根据体重调整盐酸可卡因的剂量。对照组5只妊娠Wistar大鼠每天给0.2ml普通生理盐水。此处理持续15天。从每只妊娠Wistar大鼠中分别取出存活的胎鼠3只（死亡除外）。并取大脑皮层组织做检测。每组胎鼠各15只。&&& 　　1.2 原位缺口末端标记（TUNEL）法检测细胞凋亡 各组所取组织用10%中性缓冲福尔马林固定，常规石蜡切片。原位细胞凋亡检测试剂盒（POD）购自德国BOCKINGER MANNHEIM公司，蛋白酶K为Sig-ma公司产品，按试剂盒说明进行检测。结果评定标准:凋亡细胞呈棕黄色颗粒状，位于凋亡细胞核内。光学显微镜观察任意10个视野（400倍）并计算凋亡率。&&& 　　1.3 FCM测定 分别取实验组和对照组脑组织，制成细胞悬液，于4℃1500r/min离心，5min。弃上清，加入溶红细胞液（7g/L氯化铵，2.6g/L Tris-HCl）1ml，4℃1500r/min离心，5min。弃上清，加入70%（体积分数）冷乙醇200ml，重悬，于4℃过夜。4℃1500r/min离心，5min。弃上清，用0.1mol/L PBS（无钙、镁离子）洗涤1次，加入RNaseA（20g/L），于37℃孵育30min，室温1500r/min离心，5min。弃上清，用PBS重悬，加PI液50μl混合，于室温暗处放置，30min内测定。使用COULTER EPICS-XL型流式细胞仪，光源为氩离子激发器，功率为15mW，激发光波长为488nm，测定10000个细胞，细胞荧光信号被送入脉冲高度分析仪并在荧光屏上显示，同时将测定数据输入PHOENIX FLOW SYSTEMS MULTICYCLE VERSION4.0进行数据分析。&&& 　　1.4 统计学方法 使用SPSS11.0软件，采用t检验。&&&& 　　2 结果&&&& 　　2.1 原位缺口末端标记（TUNEL）法检测 大脑皮层神经元细胞凋亡率为:实验组A5.2%，实验组B20.6%，实验组C23.5%，对照组4.5%。实验组A和对照组比较差异无显著性（P>0.05）。实验组B和对照组比较差异有非常显著性（P<0.01），实验组C和对照组比较差异有非常显著性（P<0.01）。表明小剂量的可卡因不能使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡，大剂量可卡因可以诱导胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡。&&& 　　2.2 FCM分析 细胞分布直方图显示，正常脑组织主要由两类细胞组成，按DNA含量排列在相应的峰道数内，故可见如下3个峰。第1个峰为2C峰（二倍体DNA的细胞群），第2个峰为S期的峰，第3个峰为4C峰（四倍体DNA的细胞群）。FCM分析显示对照组和实验组A分布直方图均以2C峰为主，其次为4C峰。在2C峰之前几乎没有明显的细胞分布（图1）。而实验组B、C胎鼠脑细胞分布直方图则有显著改变。在2C峰之前出现一个明显的小峰，为断裂的DNA，代表了凋亡的细胞数量（图2），为亚二倍体的DNA。并且亚二倍体的DNA含量随可卡因剂量不同而变化，见表1。&&&& 　　表1 分析实验组和对照组中凋亡细胞 （略）&&&& 　　注:组间比较: * P0.05& 　　图1& 对照组胎鼠大脑皮层神经元细胞中仅少量不明显亚单倍体DNA（略）&&& 　　图2& 15mg/kg组胎鼠大脑皮层神经元细胞中亚单倍体DNA明显增多（略）&&&& 　　3 讨论&&&& 　　笔者用TUNEL法检测细胞凋亡。TUNEL法是Gaviel等1992年根据细胞凋亡时DNA断裂的特征而设计的DNA链断端标记技术。它是在末端脱氧核苷酸转移酶的介导下，将生物素化的尿苷三磷酸与DNA链断端结合形成多聚体，再与单克隆抗生物素抗体上多聚体结合。这种结合反应具有特异性，能准确反映DNA断裂的存在，能在单个细胞内观察DNA断端，细胞凋亡发生早期即可用此方法检测出来。通过TUNEL法证明，注射1.5mg/kg小剂量可卡因不能使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡，而注射15mg/kg、25mg/kg剂量的可卡因可以使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡。&&& 　　用流式细胞术评价在凋亡过程中细胞浆失水，核染色质浓缩及减少。几分钟内它可在一个至数千个不等的细胞中得到有价值的数值。从胎鼠脑细胞分布直方图研究分析显示:使用不同剂量可卡因，对胎鼠脑细胞可产生不同的影响，并且证明注射小剂量的可卡因（1.5mg/kg），不能使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡，而15mg/kg、25mg/kg剂量的可卡因可以使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡。&&& 　　可卡因分子量低，并且为两性分子，它被人和动物母体摄取后能迅速通过胎盘屏障进入胚胎中，并可通过血脑屏障到达脑组织中 ［2］ 。笔者就是利用可卡因对胎鼠大脑皮层神经元细胞影响的这种特性来进行研究的。在研究中，证明小剂量的可卡因不能使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡，大剂量的可卡因可以使胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡。正如Nas-sogne等学者所证实 ［3］ ，可卡因通过细胞凋亡引起幼鼠大脑皮层神经元的细胞死亡。Cascales也证实可卡因导致一群细胞死亡是通过凋亡程序进行的。笔者通过动物实验更进一步证明这种死亡是通过凋亡程序完成的。&&& 　　胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡，可能归因于可卡因本身和（或）其代谢产物的作用。可卡因作为一种麻醉剂通过与细胞内的Na + 、K + 、Ca 2+ 通道结合来干扰这些离子的跨膜运动，而在一些实验中改变胞浆中的Ca 2+ 浓度对于凋亡的早期信号传导起着很重要的作用;可卡因能激活中性鞘磷酯酶，导致神经酰胺积累，通过生化途径诱导凋亡;在胎鼠脑细胞发育的胚胎阶段，可卡因可能激活fos、c-jun、zif268基因，这些基因已被证实在特定的形式下诱导细胞凋亡 ［4］ 。已经证实可卡因代谢期间及由可卡因引起的再灌注的损害期间可产生活性氧（ROS），ROS可激活细胞凋亡，但ROS在组织中的浓度却很难确定 ［5］ 。Haikun等研究发现两个相关联的因素:证实还原型谷胱甘肽（GSH）水平的降低以及服用可卡因后过氧化脂的增加，可能与细胞凋亡有关;另外可卡因可以直接作用于组织，产生大量去甲肾上腺素和肾上腺素，导致血管强烈收缩，影响胎鼠脑细胞血供，诱导局部缺血缺氧从而使胎鼠脑细胞凋亡 ［6］ 。总之，可卡因如何诱导胎鼠大脑皮层神经元细胞凋亡机制有待进一步研究。&&&& 　　参考文献&&&& 　　1 King T S，Schenken R S.Cocaine disrupts estrous cyclicity and alters the reproductive neuroendocrine axis in rats.Neuroendocrin，.
　　2 ZiniA，Abitol J，Girardisk，et al.Germ cell apoptosis and endothelial fol-lowing nitric oxide synthase（Enos）expression following ischemia-reper-fusion injury to testis.Arch Androl，-65.&&& 　　3 Nassogne MC，Evrard P，Courtoy PJ.Selective direct toxicity of cocaine on fetal mouse neurons.Ann N Acad Sci，-68，846.&&& 　　4 Mitchell ES，Snyder-keller A.Blockade of D1dopamonergic transmission alleviates c-fos induction and cleaved caspase-3expression in the brain of rat pppups exposed to prenatal cocaine or perinatal asphyxia.Exp Neu-rol，（1）:64-74.&&& 　　5 Korutla L，Neeustadter JH，Fournier KM，et al.NAC1，a POZ/BTB protein present in the adult mammalian brain，triggers apoptosis after adenovirus-mediated overexpression in PC-12cells.Neurosci Res，）:33-39.&&& 　　6 刘剑新，白进良，傅梧，等.在可卡因诱导下大鼠阴茎细胞凋亡与雄激素的关系.中华医学杂志，4-1085.&&& 　　（编辑云 兆）
　　作者单位:200082上海市中西医结合医院儿科
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