腦細胞不夠用？Gladstone研究所推兩步法研制出腦細胞

這一低成本的兩步法用于生長(cháng)無(wú)數個(gè)相同的腦細胞，可為任何研究者提供便利。

HTS技術(shù)

想要治療癌癥等疾病，其中最快最有效的方法之一是稱(chēng)為高通量篩選（HTS）的技術(shù)，這一技術(shù)是指以分子水平和細胞水平的實(shí)驗方法為基礎，以微板形式作為實(shí)驗工具載體，以自動(dòng)化操作系統執行試驗過(guò)程，以靈敏快速的檢測儀器采集實(shí)驗結果數據，以計算機分析處理實(shí)驗數據，在同一時(shí)間檢測數以千萬(wàn)的樣品，并以得到的相應數據庫支持運轉的技術(shù)體系，它具有微量、快速、靈敏和準確等特點(diǎn)。

使用該技術(shù)進(jìn)行樣品測試會(huì )耗費好幾天或幾周的時(shí)間，但是如果研究人員自己用吸管來(lái)進(jìn)行大規模篩選的話(huà)，相同的工作量下，實(shí)驗室工作人員可能需要數年才能完成。

因此，阿爾茨海默病的研究人員想要使用相同的高通量篩選技術(shù)來(lái)測試腦細胞上的數千種潛在的拯救生命的化合物。然而，為了讓篩選過(guò)程得以維持，他們首先需要找到大量相似的健康腦細胞以供應維持這一篩選過(guò)程的進(jìn)行。

但與實(shí)驗室中容易克隆和生長(cháng)的人類(lèi)癌細胞不同，人的腦細胞不能在培養盤(pán)中生存，所以為了實(shí)現這一過(guò)程，通常研究人員會(huì )嘗試著(zhù)從誘導的多能干細胞中培養需要的相同腦細胞，其中這些干細胞是被重新編輯成未分化的空白板狀的皮膚干細胞或血細胞干細胞。

干細胞培養腦細胞

雖然說(shuō)起來(lái)容易，但是要利用干細胞來(lái)培育出腦細胞并非易事。研究人員需要模擬導致特定類(lèi)型腦細胞的天然生物分化過(guò)程，而這就需要一種稱(chēng)為生長(cháng)因子的精確定時(shí)劑量的化學(xué)物質(zhì)，該化學(xué)物質(zhì)可以激活生長(cháng)細胞中的不同基因，也可以讓相關(guān)基因失活。

不過(guò)即便生長(cháng)出來(lái)的腦細胞，其中大多數也是高度異質(zhì)的，即腦細胞中的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)是不同亞型的，這樣在干細胞分化成腦細胞的過(guò)程中就還需要再進(jìn)行分類(lèi)。值得注意的是，對于想要得到數百萬(wàn)個(gè)相同腦細胞的研究人員來(lái)說(shuō)，這一過(guò)程的耗費是昂貴的，且十分耗時(shí)。

化繁為簡(jiǎn)：兩步法

對于這一問(wèn)題，Gladstone研究所的阿爾茨海默病研究小組開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的兩步法以實(shí)現從單個(gè)干細胞種植數千個(gè)相同的神經(jīng)元。

據神經(jīng)學(xué)高級研究員Gan所述，研究人員使用稱(chēng)為T(mén)ALEN的CRISPR樣基因組編輯器編寫(xiě)干細胞，以此來(lái)過(guò)表達將細胞分化為神經(jīng)元的某些基因，但是需要讓干細胞暴露在稱(chēng)為多西環(huán)素的常見(jiàn)抗生素下，該基因才會(huì )被激活。

對此，Gan進(jìn)一步解釋道：“基因編輯程序本身并不新鮮，但之前是用于有病毒的干細胞中，因而導致了不可預知的結果，其中一些干細胞會(huì )比其他干細胞吸收更多的病毒，最終導致神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的混合，而不是神經(jīng)元的純樣本。”

在實(shí)驗中，Gan和她的團隊利用TALEN精確地編輯一個(gè)干細胞，并根據需要多次克隆，創(chuàng )造出“數千萬(wàn)”相同的預編程干細胞；隨后三天將其暴露在多西環(huán)素中，使干細胞轉化為前體神經(jīng)元，且該神經(jīng)元是研究人員需要的特定神經(jīng)元亞型。最重要的是，這些前體神經(jīng)元是一樣的。

接著(zhù)，當從多西環(huán)素溶液中取出細胞時(shí)，基因立即關(guān)閉，這樣就沒(méi)有細胞繼續分化成另一個(gè)神經(jīng)元亞型或神經(jīng)膠質(zhì)細胞了。以上操作結束后，研究人員便開(kāi)始了兩步法的第二步：將細胞培養直至它們發(fā)育成活躍的神經(jīng)元。

總結

關(guān)于研究團隊需要培養的特定神經(jīng)元，Gan表示，選擇這種特定神經(jīng)元亞型的原因是它含有tau，天然存在的腦蛋白可以形成纏結并阻止阿爾茨海默氏癥和其他神經(jīng)變性疾病中的腦細胞的纏結。

為了測試可能的最廣泛的處理樣本，此次實(shí)驗，Gladstone團隊對包含在藥物活性化合物庫中的1280種不同的生物活性分子進(jìn)行篩選。

關(guān)于這一方法，Gan表示，除了可以將其應用到研究阿爾茨海默病中，這一低成本的兩步法用于生長(cháng)無(wú)數個(gè)相同的腦細胞，可為任何研究者提供便利。

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