新方法允许真实的三维神经肌肉连接模型

神经肌肉连接处——神经和肌肉纤维的交汇处——是肌肉收缩和运动的重要突触。这些连接的功能不正常会导致进行性神经肌肉疾病的发展，其中一些疾病没有有效的治疗方法(如卢伽雷氏病)。现在，nibib资助的研究人员已经找到了一种方法，通过在实验室中生长这些突触来模拟人类神经肌肉连接处，这可能会加速神经肌肉疾病的新治疗。

“传统上，研究神经肌肉接头NIBIB发现科学与技术部主任David Rampulla博士说:“我们依赖小动物模型，但人类突触有关键的区别，最终限制了动物研究的实用性。”“在这里，研究作者开发了一种使用人体3D来评估神经肌肉连接处的方法组织模型这样就能更准确地反映人类疾病。”

神经肌肉连接处本质上由两种不同类型的细胞:骨骼肌细胞和一种神经细胞叫做运动神经元．运动神经元被离子通道它会对大脑发出的电信号做出反应。一旦这些离子通道打开，一系列的级联反应使信号到达骨骼肌细胞，最终导致肌肉收缩。因此，为了生成3D模型在人类神经肌肉连接处，研究人员必须获得并培养这两种类型的细胞。他们通过从捐献者身上提取肌肉活检组织，从中分离出肌肉细胞，并从基因中提取神经元细胞，或者使用经过基因改造的人类干细胞来制造这两种类型的细胞。

一旦他们获得了必要的细胞并建立了模型，研究人员就需要找到一种方法来测量神经肌肉连接处的功能。为了做到这一点，他们对运动神经元进行了基因改造，使其表达在蓝光下打开的离子通道。这种被称为光遗传学的方法允许研究人员用光精确地刺激运动神经元，然后分析由此产生的肌肉收缩。通过这种方式，研究人员可以直接控制神经肌肉连接处，并量化其功能的变化。

为了完全控制和监测这些光敏模型，研究人员将运动神经元和肌肉细胞培养在分开但相邻的室中，允许轴突(携带神经冲动的细丝)从神经细胞中“发芽”神经元并向肌肉细胞移动。然后，研究人员设计了一个定制的光电平台来刺激和拍摄他们的模型。然后他们可以分析肌肉组织对刺激(来自蓝光)的收缩情况。

“除了研究健康的神经肌肉接点，我们的方法还可以适用于患者特异性模型，用于诊断疾病，或最终评估难以治疗的神经肌肉疾病的新治疗方式，”资深研究作者Gordana Vunjak-Novakovic博士解释道，他是纽约哥伦比亚大学生物医学工程大学教授和Mikati基金会教授。

事实上，在他们的研究中，研究人员将他们的模型暴露在来自重症肌无力患者的血清中，重症肌无力是一种攻击神经肌肉连接处的自身免疫性疾病肌肉的弱点。研究人员发现，暴露在这种血清中会极大地损害他们的人体模型的功能，这表明他们的系统可以用来模拟人类疾病．

Vunjak-Novakovic指出:“我们的平台表明，我们可以以无偏倚的、可重复的方式量化人类神经肌肉连接处的健康和患病模型的功能。”

该研究的第一作者Olaia F. Vila博士说:“迫切需要治疗神经退行性疾病的新方法，因为几十年的研究只取得了有限的治疗进展。”他现在是旧金山安进公司的一名科学家。“我们希望我们的人类神经肌肉连接处模型可以在不久的将来用于帮助药物研发和治疗其中一些疾病的新疗法。”

这项研究发表在生物材料．