发光的脑细胞照亮了中风恢复研究

一种很有希望帮助中风患者康复的策略是移植神经祖细胞来恢复失去的功能，这需要大量的神经祖细胞。他们应该知道如何融入一个成熟(但受损)的大脑。细胞需要帮助。

为了提供帮助，埃默里大学医学院的研究人员开发了一种“光化学遗传学”方法，修改了一种广泛使用的神经科学工具。移植细胞生长所需的刺激来自于大脑内部产生的光。在小鼠中风模型中，神经祖细胞接受光刺激，从而促进功能恢复在老鼠身上。

研究结果将于2008年公布神经科学杂志。

神经科学爱好者可能对光遗传学很熟悉，光遗传学使科学家可以方便地研究大脑，只需按一下开关就能激活或抑制神经元群。(有纤维的老鼠光纤电缆在许多实验室里都能找到附着在他们头上的东西。)由医学博士余山平(Shan Ping Yu)和医学博士魏凌(Ling Wei)领导的埃默里大学(Emory)研究人员想要移除这条电缆:也就是说，找出如何有选择地非侵入性地刺激脑细胞的方法。

他们与杰克·东博士、肯·伯格伦德博士和罗伯特·格罗斯博士合作，后者创造了“发光蛋白”，这种工程蛋白既对光敏感，又在提供一种名为CTZ (coelenterazine)的化学物质时产生自己的光。蛋白质成分来自藻藻和一种生活在深海的指甲大小的甲壳类动物。

Yu和Wei一直在寻找诱导神经祖细胞(能够繁殖和分化成成熟神经元)在中风破坏后在大脑中存活的方法。他们和一个小鼠模型在这种情况下，大脑一侧的感觉和运动区域受损。

“仅仅把细胞植入受损的大脑，然后不去照顾它们是不够的。”Yu说。“如果我们希望祖细胞分化并成为功能性神经元，这些细胞必须接受刺激，模仿它们在大脑中看到的那种活动。他们还需要生长因子还有一个支持性的环境。”

Yu和Wei在埃默里大学医学院麻醉系工作，而Tung、Berglund和Gross在乔治亚理工学院和埃默里大学的神经外科和华莱士H.库尔特生物医学工程系工作。

在本论文中描述的实验中，科学家将编码发光蛋白的基因引入诱导多能干细胞培养成神经祖细胞。神经祖细胞在中风一周后被送入小鼠大脑。CTZ在发光蛋白作用下会发光，然后每天两次鼻内给药，持续两周。Yu指出，鼻内给药绕过血脑屏障，重复给药在临床上是可行的。CTZ给药后约1小时，细胞移植区可见生物发光。

CTZ促进了祖细胞的一系列积极作用:更多的存活和完整的轴突，更多的大脑内连接和更好的电刺激反应。它还促进了小鼠患肢功能的恢复。研究人员测试了这些老鼠的活动，比如:伸手抓食物颗粒，或者从爪子上取下粘点。在幼鼠中，CTZ和祖细胞结合在一起可以恢复中风肢体的功能正常的水平即使在老年小鼠中，它们也能部分恢复功能。

当被问及临床前景时，Yu表示，与其组成技术相比，光化学遗传学代表着一项重大进步。

“光遗传学是一种奇妙的技术工具，但它给临床应用带来了一些障碍，”他说。“你有侵入性光纤传输，和光扩散的距离有限，特别是在更大的人类大脑中。”

将细胞输送到大脑并使其发光是很复杂的，但在设计实验时，它们为科学家提供了一些灵活性:直接光照，可以快速打开和关闭，或者CTZ刺激的稳定支持。Luminopsins可以提供细胞以一种模仿快速激活的神经元活动或在临床治疗中操纵通道/细胞的方式被激活，”作者写道。

Yu和他的同事们也在测试他们的神经神经传递方法祖细胞在创伤的背景下大脑受伤。