近期，美國(guó)華人學(xué)者開發(fā)出一種突破性新技術(shù)，能夠在實(shí)驗(yàn)室大量培養(yǎng)腦細(xì)胞。該技術(shù)可以用在人類大腦疾病藥物篩選發(fā)現(xiàn)的重大挑戰(zhàn)上，將在基礎(chǔ)科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
用兩個(gè)簡(jiǎn)單的步驟就能產(chǎn)生大量人腦細(xì)胞——這是美國(guó)加州大學(xué)三藩分校的華人學(xué)者Li Gan教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出的一種成本上極其合算的新技術(shù)。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)解決了目前大腦疾病藥物篩選的現(xiàn)存問題，對(duì)于整個(gè)科學(xué)界是個(gè)有力工具。
在開發(fā)比如阿爾茲海默癥這樣的大腦疾病潛在藥物的時(shí)候，研究人員必須在人體細(xì)胞上進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)它們對(duì)患者有益。歷史上，這些試驗(yàn)曾在易于增殖培養(yǎng)的癌細(xì)胞中進(jìn)行，通常與人類腦細(xì)胞的生物學(xué)特性并不匹配。
問題是，來(lái)源于實(shí)際人的腦細(xì)胞在培養(yǎng)皿中不能生存，所以需要對(duì)它們進(jìn)行改造，以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的需要。許多科學(xué)家利用誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPSC）產(chǎn)生人腦神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)解決這個(gè)問題。然而，它們的生產(chǎn)過程是復(fù)雜、昂貴的，很難擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)行大實(shí)驗(yàn)。而且目前的方法產(chǎn)生的細(xì)胞是異質(zhì)的，即彼此不同。在藥物篩選中，這可能導(dǎo)致不一致的結(jié)果。
這次，三藩分校的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了含有可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因神經(jīng)原素（neurogenin）2的iPSC。神經(jīng)原素2是一個(gè)能將iPSC迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元的轉(zhuǎn)錄因子。這樣做法能從一個(gè)單一的iPSC產(chǎn)生成千上萬(wàn)的神經(jīng)元。這意味著每次產(chǎn)生的腦細(xì)胞是相同的。
文章的通訊作者Gan教授指出，用傳統(tǒng)方法帶來(lái)太多的可變性，使得復(fù)制實(shí)驗(yàn)相當(dāng)困難：“所以，產(chǎn)生均一性的人腦細(xì)胞的能力是非常令人興奮的”。
Li Gan教授 圖片來(lái)源UCSF
研究中，研究小組創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的兩步法。這使得科學(xué)家能夠精確地控制他們產(chǎn)生的腦細(xì)胞數(shù)量，并使得從一個(gè)到另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中更容易復(fù)制他們的結(jié)果。
這項(xiàng)技術(shù)也大大加速了制備的進(jìn)程。以往需要幾個(gè)月的時(shí)間才能產(chǎn)生腦細(xì)胞，Gan教授和她的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以在1到2周完成大量的基因工程，并在1個(gè)月內(nèi)就擁有功能活躍的神經(jīng)元。
研究中取得的喜人成果，讓Gan教授和她的團(tuán)隊(duì)意識(shí)到這種新技術(shù)具有篩選藥物和研究疾病機(jī)制的巨大潛力。為了加以證明，他們又用自己手中進(jìn)行的阿爾茲海默癥的藥物篩選進(jìn)行了測(cè)試，最終得到了肯定的答案。
如今，關(guān)于這個(gè)新技術(shù)的消息已經(jīng)傳開了，來(lái)自不同科學(xué)部門的人們來(lái)敲Gan教授的門去了解它，Gan教授和她的團(tuán)隊(duì)也不吝分享。其中的一些人甚至沒有細(xì)胞培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，但都成功地重復(fù)了兩個(gè)步驟產(chǎn)生出均質(zhì)的腦細(xì)胞并促進(jìn)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
這項(xiàng)新技術(shù)的細(xì)節(jié)也在2017年10月10日發(fā)表在期刊《Stem Cell Reports》上。這篇文章的全文可以免費(fèi)獲得，Gan教授希望它能帶來(lái)更多的發(fā)現(xiàn)幫助數(shù)百萬(wàn)患有阿爾茨海默病的人。
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參考資料：1) Scalable Production of iPSC-Derived Human Neurons to Identify Tau-Lowering Compounds by High-Content Screening
2) Growing human brain cells in the lab
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