2013年，西達賽奈醫(yī)療中心再生醫(yī)學研究中心主任Clive Svendsen博士（圖右）

 

及同事，邀請霍金參觀研究所實驗室

 

脊髓器官芯片技術(shù)——為漸凍人帶來希望

 

ALS非常罕見，10萬人中大約有4～6人有可能罹患這種疾病。絕大部分ALS患者都是成年以后發(fā)病。ALS病因至今不明，部分病例可能與遺傳及基因缺陷有關(guān)。雖然發(fā)病率很低，但ALS對病人的生活質(zhì)量及生命構(gòu)成很大威脅，目前的臨床用藥也沒有明顯效果。

 

但是，科學家們一直在研究延緩漸凍癥患者病情發(fā)展的方法。他們利用一項最新的器官芯片（Organ-Chip）技術(shù)，在微型芯片上模擬人體生物學，發(fā)現(xiàn)了人腦中最微小的血管可以啟動脊髓運動神經(jīng)元的發(fā)育。

 

利用這項技術(shù)可以追蹤芯片上的活體組織，為科學家研究ALS及其他神經(jīng)退行性疾病的病情進展提供了獨一無二的方法。美國西達賽奈再生醫(yī)學中心的Clive Svendsen博士和Samuel Sances博士在美國《干細胞報告》（Stem Cell Reports）上發(fā)表了這一重大研究成果。

 

 

 

▲西達賽奈再生醫(yī)學研究中心主任 Clive Svendsen博士

 

 

 

Sances博士說："直到現(xiàn)在，人們依然認為血管只是用來運輸營養(yǎng)和氧氣、排出廢物和調(diào)節(jié)血流。我們的研究成果表明，除了運輸功能，血管還有重大作用，那就是與神經(jīng)進行基因?qū)用娴慕涣鳌?quot;

 

 

 

▲西達賽奈再生醫(yī)學中心 Samuel Sances博士

 

 

 

西達賽奈的研究人員收集人體皮膚細胞，首先利用基因重組技術(shù)將它們轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導性多能干細胞（induced pluripotent stem cells， iPSCs），進而可獲得人體多種類型的細胞。在該研究中，一部分誘導性多能干細胞分化為了脊髓運動神經(jīng)元，這是一種與肌肉相連，能夠指示肌肉運動的細胞，在患有肌萎縮側(cè)索硬化癥時死亡，而另一部分誘導性多能干細胞分化為了血管細胞。

 

隨后，在U盤大小的器官芯片上，研究人員成功將脊髓運動神經(jīng)元與血管連接。如下圖所示，脊髓運動神經(jīng)元（上方，藍色）與毛細血管細胞（下方，紅色）在器官芯片內(nèi)聚集，并相互作用。這些發(fā)現(xiàn)令人眼前一亮。

 

 

 

▲該圖像是由共聚焦顯微鏡生成，里面的細胞使用熒光抗體著色

 

 

 

Sances博士表示，通過該研究，他們發(fā)現(xiàn)血管細胞傳遞分子信號，可以促進脊髓神經(jīng)元的發(fā)育，讓脊髓運動神經(jīng)元看起來更像是在人類胚胎中的狀態(tài)。

 

原來，在器官芯片內(nèi)部，脊髓運動神經(jīng)元會自發(fā)地通過電子信號互相傳遞信息，它們不僅會獨立發(fā)出信號，也會同時發(fā)出大規(guī)模信號。研究人員通過一種著色物質(zhì)來觀察神經(jīng)活動，每次神經(jīng)元發(fā)出信號時會閃爍熒光。

 

Sances博士認為，這些發(fā)現(xiàn)有兩個意義：一是闡明我們的脊髓是怎么生成發(fā)育的；二是為改進體外肌萎縮側(cè)索硬化癥建模與發(fā)現(xiàn)治療方法創(chuàng)造了基礎(chǔ)。

 

目前，脊髓器官芯片技術(shù)已被運用于一項大型肌萎縮側(cè)索硬化癥患者研究中，目的是為這些患者尋找新的生物標志和靶向療法。而且，芯片上的血管完整無損，可用于研究血管到神經(jīng)系統(tǒng)的實驗療法的效果，從而加快藥物研制的進程。