干细胞科学家开发出更有效的方法来制造运动神经元

神经系统通常被描述为生物学的最后边界，它是一个复杂的网络，由大脑、脊髓和贯穿全身的神经组成。今天，由加州大学洛杉矶分校Eli & Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的博士Bennett Novitch领导的科学家发表了一篇文章，使用胚胎干细胞的新研究加强了对这个复杂和令人困惑的系统的研究。这些发现对于理解和治疗肌萎缩性侧索硬化症(俗称ALS或葛雷克氏症)和脊髓性肌萎缩症等严重疾病至关重要。脊髓性肌萎缩症是由运动神经元(控制肌肉运动的神经)的丧失或退化引起的。

这项研究提供了一种更有效的方式，通过干细胞的力量来研究运动神经元疾病的功能，该研究今天发表在该杂志的网上自然通信。

随意肌运动——如呼吸、说话、行走和精细运动技能——是由几个不同的亚型控制的运动神经元。起源于脊髓，电机神经元携带信号大脑到全身肌肉。运动神经元功能的丧失会导致多种神经系统疾病，由于无法产生足够的不同类型的运动神经元来精确建模和治疗神经退行性疾病以及脊髓损伤，治疗受到了阻碍。具体来说，在实验室中制造“支配肢体的”运动神经元的效果只有3%左右。这种特殊的运动神经元亚型供应手臂和腿部的神经，在肌萎缩性侧索硬化症(ALS)等运动神经元疾病中受影响最严重。

诺维奇是加州大学洛杉矶分校的神经生物学副教授，也是布罗德干细胞研究中心(Broad Stem Cell Research Center)的成员，他研究驱动肌肉运动的发育机制，以便更好地理解运动神经元疾病并找到治疗它们的新方法。通过这项研究，Novitch、该研究的第一作者Katrina Adams和他们的团队寻求一种更好的方法来扩大运动神经元亚型的范围，这些亚型可以从干细胞中产生，重点关注支配四肢的亚型。研究结果令人印象深刻;研究发现，这种新方法使干细胞衍生的肢体神经支配运动神经元的产量从之前的3%增加到20%，增加了5倍多。

“运动神经元疾病很复杂，无法治愈;目前我们只能提供有限的治疗来帮助一些症状的患者，”该研究的资深作者诺维奇说。“我们的研究结果提供了一种有效的方法来生成特定的运动神经元种群胚胎干细胞加强我们对运动神经元发展和疾病的理解。“

胚胎干细胞是'多能的'，这意味着它们具有变成身体中的任何其他细胞的能力。它们转变为身体中其他细胞的过程称为分化。人胚胎干细胞由由已经完成体外施肥的个体或夫妇捐赠的储存的冷冻胚胎产生。

使用鼠标和人类胚胎干细胞，Noditch及其团队使用“转录编程”方法来形成肢体支配运动神经元的形成。该方法增加了转录因子，其是用在细胞核中起到调节基因功能的蛋白质。像指导管弦乐队的导体一样，转录因子告诉细胞中的基因关闭或表达自己有点响亮或更安静。

Noditch之前的研究发现称为Foxp1的转录因子对于健康脊髓中的肢体支配运动神经元的正常形成是必不可少的。然而，大多数干细胞衍生的电动机神经元缺乏Foxp1，导致富抗狐p1的假设可以传达肢体注射性能。noditch和他的团队首先使用胚胎来测试这个理论干细胞然后加入Foxp1当移植到发育中的鸡脊髓(神经学研究中广泛使用的模型)中，经过Foxp1修饰的运动神经元成功地生长出来，支配四肢。这一结果在大多数未经修饰的干细胞来源的运动神经元中并不常见，说明了Foxp1转录因子编程方法的有效性。

科学家们现在可以利用这种方法进行更有力的运动神经元研究，从而加深对这些细胞如何工作以及它们恶化时会发生什么的理解。诺维奇的下一步研究包括使用经过改造的运动神经元来更好地理解它们是如何支配四肢而不是其他肌肉的，使用类似的转录编程方法来创造其他类型的运动神经元，并检验所创造的运动神经元是否可以有效治疗脊髓损伤和神经退行性疾病。

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