世界首次，在实验室中培养出高度成熟神经元，让渐冻症/帕金森病等疾病治疗成为可能

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撰文丨nagashi
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
神经退行性疾病，是由进行性神经细胞死亡而导致功能障碍的一类疾病，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿舞蹈症（HD）和渐冻症（ALS）等等。目前，神经退行性疾病的病因尚不明确并且无法治愈，严重威胁着人类健康，同时也造成了巨大的经济负担。
值得注意的是，这些神经退行性疾病，以及脑中风，都会导致大量神经元丢失。因此，如果能在患者体内再生神经元或将健康的神经元移植过去，显然就能从根本上治愈这些重大疾病。
2022年1月12日，美国西北大学的研究人员在干细胞领域顶级期刊CellStemCell上发表了题为：Artificialextracellularmatrixscaffoldsofmobilemoleculesenhancematurationofhumanstemcell-derivedneurons的研究论文。
研究团队在带有“跳舞分子”（dancingmolecules）的涂层上培养诱导多能干细胞（iPSCs）来源的神经元，创造出功能更成熟的神经元，增强了突触信号、电活动和分支，并提高了存活率。这种神经元可以移植到脊髓损伤或神经退行性疾病患者体内，以替代丢失或受损的神经元。

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iPSC来源的神经元
随着干细胞技术的发展，科学家们可以产生iPSCs并促进其分化为神经细胞，从而提供了一种前所未有的、修复人类中枢系统的途径，同时也使得研究神经发育和神经疾病模型组装成为可能。
然而，目前体外培养iPSCs来源的神经元仍然十分具有挑战性，在细胞培养皿中生长的神经元不会完全成熟，而是类似于胚胎或出生后早期的神经元，并且表现出较低的长期生存能力。
打个形象生动的比喻，当你有一个iPSC ，设法通过干细胞技术将其诱导成一个神经元，那它将是一个年轻而幼稚的神经元，就像刚出生的婴儿。因此，为了让它能用于科学研究以及后续的临床应用，你需要让其成长为一个成熟的神经元。
“跳舞分子”和“ECM模拟平台”
【世界首次，在实验室中培养出高度成熟神经元，让渐冻症/帕金森病等疾病治疗成为可能】在此之前，该研究团队已经证实，用纳米纤维包裹的神经元比其他方法更成熟，而这些成熟的神经元更能建立对神经元功能至关重要的突触连接。因此，研究人员推测是细胞外基质（ECM）影响了神经元的发育。这是一种“细胞间支架” ，在神经元成熟、信号传递和衰老中起着关键作用。
为了从iPSC中获得成熟的神经元，研究团队基于通讯作者SamuelI.Stupp在去年推出的突破性“跳舞分子”技术创建了一个“ECM模拟平台” 。该技术包括由肽两亲体（PA）分子形成的超分子纳米原纤维支架，这种材料一开始是作为急性脊髓损伤的潜在治疗方法。

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具有不同程度超分子运动的IKVAV-PA超分子纳米纤维的表征
在之前的研究中，该研究团队发现，通过模拟生物分子的运动，即使是人工合成材料也可以与细胞通信。实际上，人体内的细胞受体一直处于快速移动状态，有时甚至是以毫秒为时间尺度，因此想要“击中”它们是非常困难的，而这项研究一个关键创新是发现如何控制纳米纤维中10万多个“跳舞分子”的集体运动。
在这项最新研究中，研究团队首先将人源iPSCs分化为运动神经元和皮层神经元，然后将其置于含有这些快速移动的“跳舞分子”的合成纳米纤维涂层上。研究团队发现，当具有类似纳米纤维结构和化学成分的超分子支架表现出更强烈的超分子运动时，其生物活性显著增强，同时培养在含有高度流动PA分子的基质上的神经元也表现出与功能成熟度增加一致的几个特征。