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Cell Rep开发了将干细胞转化为感觉中间神经元的蓝图

   

Sensory interneurons

    

图片:来自小鼠干细胞的感觉中间神经元(红色细胞核)。     

图片来源:UCLA Broad干细胞研究中心

加州大学洛杉矶分校的Eli和Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的研究人员首次开发了一份路线图,详细描述了干细胞是如何成为感觉中间神经元的——这种细胞能够产生触觉、疼痛和瘙痒等感觉。

这项利用小鼠胚胎干细胞进行的研究,还确定了一种在实验室中产生所有类型的感觉中间神经元的方法。研究人员说,如果这项工作可以用人类干细胞复制,这可能是发展基于干细胞的治疗的关键一步,可以恢复那些因脊髓损伤而失去感觉的人的感觉。

该研究的资深作者、神经生物学教授、布罗德干细胞研究中心(Broad Stem Cell research Center)成员萨曼莎·巴特勒(Samantha Butler)说:“多年来,我的实验室一直致力于帮助经历过脊髓损伤的人恢复知觉。”“这项工作勾勒出了制造细胞的配方,人们需要这些细胞来体验拥抱的舒适感或通过疼痛感知危险,这让我们离这个目标更近了一步。”   

感觉中间神经元是脊髓中的一类神经元,负责将感觉信息从全身传递到中枢神经系统。2018年,巴特勒的实验室成为第一个从人类胚胎和诱导多能干细胞中创造感觉中间神经元的团队。当时,他们的研究确定了如何只产生这些关键细胞的某些亚型。

这篇新论文扩展了这项工作,提出了详细的协议,可以用来指导干细胞分化成六种感觉间神经元亚型。此外,利用这些协议产生的中间神经元在基因和分子上与现实生活中的中间神经元没有什么区别,这让研究人员有理由相信它们将具有相同的感觉功能。

这项新研究的第一作者、巴特勒实验室的博士后桑迪普·古普塔(Sandeep Gupta)说:“感觉中间神经元的每一种亚型都传递着不同感觉的信息,比如触摸、压力、拉伸、疼痛、瘙痒和热。”“任何用于治疗脊髓损伤和恢复感觉的细胞疗法都需要包含所有这些亚型,而这些亚型需要尽可能接近真实的中间神经元。”

Gupta和Butler还在这六种亚型的细胞表面发现了独特的标记,这将使科学家们能够分离出这些不同感觉中间神经元的纯群体,无论是来自干细胞还是来自身体。最后一步,他们证明了通过对这些方案进行修改,他们可以成功地产生大量临床应用所需的感觉中间神经元。

综上所述,这些进展可能对识别新药特别有用。例如,研究人员可以分离传递疼痛信号的感觉中间神经元,并使用它们来测试旨在阻止慢性疼痛患者活动的药物。

“这为我们提供了一种可能性,我们可以在实验室中重建调节疼痛的神经回路,然后筛选新的药物,这些药物的功能类似吗啡,但不针对大脑,这可能会降低成瘾的风险,”巴特勒说,她是加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院神经生物系的埃莉诺·i·莱斯利先锋大脑研究主席。

除了对细胞疗法和药物筛选的潜在影响外,在实验室中产生感觉中间神经元的能力可以让研究人员建模、研究并最终确定影响感觉的疾病的治疗方法,如自闭症谱系障碍或对疼痛的慢性不敏感。

该团队现在正致力于利用人类细胞复制这些发现。巴特勒说,如果这项工作成功地产生了所有亚型的人类感觉中间神经元,它将为研究感觉处理障碍提供一个关键的新途径。

这项研究得到了国家神经障碍和中风研究所(国家卫生研究院的一部分)的支持,以及加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心培训项目的博士后奖学金。

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In vitro atlas of dorsal spinal interneurons reveals Wnt signaling as a critical regulator of progenitor expansion


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