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科学家组装驱动自愿运动的人类神经回路

斯坦福医学院的研究人员首次为科学做准备,建立了负责自愿运动的人类神经细胞回路的工作模型。研究人员从人类干细胞中产生了电路的三个组成部分,即代表大脑皮层,脊髓和骨骼肌的组织,然后将它们缝合在一起。

这一进展有望加速对多种神经系统疾病的研究。它还表明,大脑可以与实验室玻璃器皿中的身体部位融合,形成神经回路,其工作方式与现实生活中的一样。

将命令从大脑传递到骨骼肌的神经回路中断会导致瘫痪和死亡。科学家们研究了实验动物以试图了解人类的神经肌肉损伤,但由于神经回路的种间差异,他们的努力受到了阻碍。

精神病学和行为科学副教授Sergiu Pasca医学博士说:“ ALS已在​​啮齿动物中治愈了数十次,”他提到了肌萎缩性侧索硬化症或Lou Gehrig病。“没有一种疗法可以有效地转化为人们。但是现在,我们可以使用患者自己的细胞生成个性化的工作模型,这将有助于我们研究菜肴中的这些疾病。”

集合体

斯坦福大学的研究小组从人诱导的多能干细胞或iPS细胞创建了大约一英寸长的模型,Pasca称其为类装配体。这项工作在12月16日在线发表在Cell中的一项研究中进行了描述。研究的资深作者Pasca是Bonnie Uytengsu和斯坦福大学大脑器官发生计划的家庭总监。主要作者是研究科学家Jimena Anderson博士。

在过去的工作中,帕斯卡(Pasca)的小组产生了微型球体,这些球体与大脑皮层的结构和生理学极为相似。在这项新研究中,科学家们调整了自己的食谱来生成另外两种近似球体脊髓组织和骨骼的肌肉。

这三种球体类型代表控制自愿运动的电路的三个关键组成部分。彼此相邻放置在一个盘中,脊髓球状体位于中心,球状体逐渐融合在一起。

Pasca和他的同事证明了电路的组装正确:来自皮层球状体的神经元与脊髓球状体运动神经元相连,从而支配了肌肉组织。

帕斯卡说:“我们制造了零件,但他们知道如何将自己组装在一起。”

触发肌肉抽搐

但是这些确实是有效的连接吗?刺激皮质神经细胞会引起肌肉组织收缩吗?

科学家利用实验室技术证明,刺激皮质球体会引起骨骼肌球体的抽搐。

帕斯卡说:“骨骼肌通常不会自行收缩。” “在皮层刺激后立即在实验室培养皿中看到第一次抽搐的事情并没有很快被人们忘记。”

Pasca说,融合在一起后,类装配体至少在10周内仍具有完整的功能。他说:“值得注意的是,它们保持完整的时间越长,收缩效果越好。”

Pasca小组正在与微生物学和免疫学副教授Jan Carette博士领导的团队合作,利用类装配体揭示脊髓灰质炎病毒和其他残废的脊髓灰质炎病毒的病理,后者的受体仅存在于灵长类动物中。

对于球体可以组合多少个没有明显的限制。在12月3日发表于《自然生物技术》上的一项研究中,Pasca的团队将一个皮质球体与另一个代表纹状体的球体融合在一起,这是一种令人愉悦的感觉和动机行为的大脑结构。帕斯卡说,这种类装配体可能有助于研究精神分裂症,抑郁症和成瘾的原因。

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