今天公布的一项新的研究在神经元由纽约干细胞基金会(NYSCF)研究所的瓦伦蒂娜Fossati,博士创建了星形胶质细胞——不可或缺的支持细胞在大脑中——从干细胞和显示,在地域性的环境中,这些细胞可以变成neuron-killers通常有帮助。
NYSCF的首席执行官Susan L. Solomon说:“我们现在可以从任何个体中培养干细胞,并在培养皿中观察星形胶质细胞是如何在多发性硬化症、帕金森症和阿尔茨海默症等疾病中发挥作用的。”“这将为神经退行性变的毁灭性过程提供新的线索,为这一不断增长的患者群体指明有效的治疗方法。”
星形胶质细胞是一种星形细胞,占中枢神经系统细胞的一半以上,属于神经胶质细胞的一类,它为大脑中的神经元提供重要的支持。星形胶质细胞帮助代谢过程,调节大脑回路的连通性,参与炎症信号,以及帮助调节血脑屏障的血液流动。它们是大脑功能的重要组成部分,但在研究和药物开发中经常被忽视,尽管最近越来越多的证据表明它们与许多神经系统疾病有关。
大多数关于星形胶质细胞的研究都是在小鼠模型上进行的,但研究表明,小鼠星形胶质细胞与人类星形胶质细胞并不完全相同。这意味着人类星形胶质细胞功能的许多方面,包括一些可能与疾病有关的行为,并没有被小鼠模型完全捕捉到。
“这一领域需要一种可靠的方法从干细胞中提取人类星形胶质细胞,这样我们就能更好地研究它们是如何导致神经退行性疾病的,”NYSCF研究所的高级研究员福萨蒂博士解释说。“以前,失败的药物并没有专门针对星形胶质细胞。现在,针对星形胶质细胞故障的药物可以通过病人的细胞来识别。”
Fossati博士的研究小组建立在他们以前公布的协议将干细胞转化为神经胶质细胞等小胶质细胞(大脑的免疫细胞)和少突胶质细胞(细胞帮助神经元通讯)识别蛋白质标记,CD49f,星形胶质细胞中表达,可以用来隔离他们从混合细胞群在实验室培养皿或人类的大脑,促进下游的研究。
Fossati博士说:“我们很兴奋地看到,我们用CD49f分离出的干细胞来源的星形胶质细胞表现出典型星形胶质细胞的行为:它们吸收谷氨酸,对炎症作出反应,参与吞噬作用——就像‘吃细胞’一样——并促进成熟的放电模式和神经元之间的连接。”
研究小组还证实了CD49f存在于人脑组织中的星形胶质细胞中。
“我们观察了一个健康捐赠者和一个阿尔茨海默病患者的脑组织样本,杏耀开帐号发现这些星形胶质细胞也表达CD49f——这表明这种蛋白是星形胶质细胞识别的可靠指标,无论在健康还是疾病中。”
当星形胶质细胞失控时
有了从干细胞中培养出功能性星形胶质细胞的方法,研究小组将注意力转向了这些星形胶质细胞在疾病中是如何表现失常的。
这项研究的合作者、纽约大学的Shane Liddelow博士最近的研究发现,星形胶质细胞会“失控”,对它们通常支持的神经元产生毒性。
“我们在小鼠身上观察到,炎症环境中的星形胶质细胞呈现出一种反应状态,实际上是攻击而不是支持神经元,”Liddelow博士解释道,他是纽约大学格罗斯曼医学院神经科学、生理学和眼科学的助理教授。“我们在神经退行性疾病患者的大脑中发现了反应性星形胶质细胞的证据,但没有人类干细胞模型,就不可能弄清楚它们是如何产生的,
杏耀主管团队 ,以及它们在患者大脑中做了什么。”
福萨蒂试图利用她的人类干细胞模型,来确定利德洛在小鼠身上观察到的情况是否也会发生在人类身上。她的团队将健康的干细胞衍生星形胶质细胞暴露于炎症中——本质上模仿了神经退行性疾病时大脑的环境——收集它们的副产物,然后将这些分泌物暴露于健康的神经元中。
“我们在培养皿中看到的情况,证实了利德洛在老鼠身上看到的情况:神经元开始死亡,”福萨蒂说。“在人类疾病模型中观察到这种‘流氓星形胶质细胞’现象,表明它可能也发生在实际患者身上,并为干预这一过程的新疗法打开了大门。”
研究小组还发现,暴露在炎症下的干细胞来源的星形胶质细胞失去了它们典型的星形胶质细胞功能:它们不能很好地支持神经元的成熟或放电,也不能摄取那么多的谷氨酸。它们还改变了它们的形态,失去了它们特有的“长臂”,呈现出更加狭窄的星形形状。
福萨蒂博士指出:“除了分泌毒素杀死神经元外,我们还发现,干细胞衍生的星形胶质细胞在类似疾病的环境中无法正常工作,这可能导致神经功能障碍。”“例如,由于它们不能正确地吸收谷氨酸,过多的谷氨酸可能会留在神经元周围,这可能会导致神经元萎缩,这是我们可能针对的新疗法。”
总之,这些发现开辟了令人兴奋的研究新途径,杏耀注册帐号并为研究人员提供了一个探索疾病机制的新系统。
福萨蒂博士说:“我期待利用我们的新系统进一步探索阿兹海默症、多发性硬化症、帕金森氏症和其他疾病中星形细胞功能的复杂性。”“我们已经看到了一些有趣的行为,可以解释神经退行性变是如何发生的,我希望这项工作将为这些患者提供新的治疗机会。”