培養皿中可獲成熟腦細胞（科技前沿）

徐 澍 方草山

《 人民日報 》（ 2013年08月05日 20 版）

　　通過對腦神經細胞（神經元）的研究，從而獲得老年痴呆症、精神分裂症和自閉症等複雜神經系統疾病的治療方法（或藥物），是當前國際生命科學界的研究熱點。但此前研究者只能從死亡的患者身上獲取腦神經細胞，大大影響了研究的質量和效率。

　　華人科學家、賓夕法尼亞州立大學生物系教授陳功團隊的一項最新研究成果，找到了獲取神經元的理想替代方法：基於一種開拓性的新技術，通過對皮膚細胞的基因組重新編程和分化來獲取成熟的大腦細胞即神經元。這一成果使得老年痴呆症，精神分裂症和自閉症等複雜神經系統疾病的研究更加安全有效。該研究成果日前發表在《幹細胞研究》雜誌上。

　　「這項研究的重要意義，是在培養皿中創造出與人類大腦中自然生長的神經元功能非常接近的成熟人腦神經元，用來進行人腦疾病的研究」。陳功表示，此技術將來可以用於開發基於病人自身基因和細胞信息的個性化治療方案。

　　此前，科學家們已可通過將病人的皮膚細胞基因組重編程而誘導出多功能幹細胞。在此項研究中，陳功和他的團隊將人的誘導型多功能幹細胞高效地分化成為成熟的人腦神經元，其功能和大腦自身的神經元非常接近。「在大腦的自然環境中，神經元總是和星型膠質細胞有密切聯繫，後者在大腦中含量很豐富，並且有輔助神經元正常工作的功能。所以我們預測這種緊密的接觸對於幹細胞分化的神經元也應起著重要的作用。」陳功說。

　　為證明這一設想，他們首先將誘導型多功能幹細胞培養轉化成神經幹細胞，也就是有分化為神經元潛能的幹細胞。接著，他們把這些神經幹細胞培養在由單層膠質細胞組成的支持細胞層上，使得這兩種細胞能夠相互緊密接觸。

　　「我們發現這些培養在膠質細胞上的神經幹細胞非常高效地分化成了成熟的神經元，這些細胞的行為與單獨培養在培養皿中的神經幹細胞完全不同，就像星形膠質細胞一直在給神經幹細胞加油，再告訴它們怎麼做，並且幫助它們完成轉化為神經元的使命。」陳功說。

　　為證明這些在膠質細胞支持下成長的神經元的優越性，陳功和他的博士研究生唐欣使用電生理記錄方法，證實了在膠質細胞的支持下神經元之間形成了更多的神經突觸連接。在另一組實驗中，當把神經幹細胞培養在膠質細胞上一周後，研究者們就發現新分化的神經元已經能夠發放動作電位，即在大腦中所有神經元都具有的快速電興奮信號。有趣的是，當把人類神經幹細胞加入到事先培養好的小鼠神經元網路里時，「我們發現，僅僅一周內，人類神經元和小鼠神經元之間就形成了很多的神經突觸傳遞。」陳功認為，這些「突觸傳遞」的形成是因為神經元與其臨近神經元直接接觸，並釋放被稱為神經遞質的化學信號來調節鄰接神經元的活動。

　　「現在研究者可以從活著的患者身上通過安全微創的方法取得皮膚細胞，並把它們轉化為大腦細胞來模擬此患者自身大腦細胞的活動。」陳功說，通過這種方法，研究者能夠運用這些與患者自身大腦細胞極為相近的神經元來研究某種特定藥物的影響，從而大大消除了在患者身上產生副作用的風險。

　　「患者可以在不需要服用藥物的情況下用自身的類似腦細胞進行藥物實驗，從而實現低風險的個性化治療方案。」