Adv Heal Mat：通过工程化改造神经细胞来研究健康和疾病状态下神经细胞的长度和功能之间的密切关联

2022年2月14日 讯 /生物谷BIOON/ --基于干细胞的神经科学实验平台能有效模拟人类发育和疾病的关键机制及多个方面，然而，常规的培养系统往往忽略了细胞在体内所面临的工程化限制。近日，一篇发表在国际杂志Advanced Healthcare Materials上题为“Axonal Length Determines Distinct Homeostatic Phenotypes in Human ipsC Derived Motor Neurons on a Bioengineered Platform”的研究报告中，来自伦敦大学国王学院等机构的科学家们通过研究发现，神经细胞的长度或与其功能之间密切相关，研究人员所开发的精确模型或能帮助研究这些细胞的结构和功能过程，从而就为理解人类神经系统疾病的发生提供重要的线索。

通过工程化改造神经细胞来研究健康和疾病状态下神经细胞的长度和功能之间的密切关联。

图片来源：The Francis Crick Institute

脊髓中的运动神经元是多种神经系统疾病的靶标，比如肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS），轴突是从细胞中延伸出来的细长纤维，其长度多达1米，此前研究结果表明，疾病的早期迹象首先会出现在轴突末端，而长轴突要比短轴突更早地表现出功能异常的迹象，因此，研究长轴突或能帮助更好地理解某些神经系统疾病，然而，迄今为止在实验室中进行的研究都使用的是比机体中细胞要短得多的细胞进行的。

这篇研究报告中，研究人员就开发出了一种社工务工程化的平台，其能在不改变其它有意义特征的情况下，生长出具有确定轴突长度的人类运动神经元，其长度从数百微米到1厘米以上不等。研究者Andrea Serio表示，能够以一种受控的方式将人类运动神经元生长到1厘米及以上的长度，要比使用几毫米甚至数百微米长的细胞能提供更好的模型，从根本上来讲，我们想要解决的问题是，其多长到底有关系吗？答案是肯定的，而且本文研究首次表明，神经元的长度与其功能密切相关，后期研究人员将会继续开发这种平台，他们希望能让这些细胞生长到更长的长度，甚至能代表其在体内的实际尺寸。

这种新平台主要能在一种微型基底上来生长神经元，这样研究人员就能决定这些细胞能生长到什么样的长度。研究人员比较了2毫米至1厘米之间的多种长度的运动神经元，在长度超过5毫米的细胞中，这些细胞在如何维持细胞活性、稳定性和新陈代谢方面发生着重大变化，比如，超过这一长度的神经元就拥有更多线粒体，而且这些线粒体更有可能停留在同一位置而不是被四处移动；而且在较长神经元的某些部位，这些细胞器更多的是圆形的而并不是拉长的形状。

图片来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202101817

研究者Cathleen Hagemann说道，我们的研究开始回答神经元的形状是否重要，以及是否细胞的功能能够适应其形状，迄今为止的研究结果支持这一假设，但有一个阈值长度，大约为5毫米，超过这个长度后，细胞中就会有一些关键的生物学过程发生改变或产生适应性。研究者Andrea补充道，最有趣的研究发现就是“阈值长度”这种观点，即神经元需要在达到这个阈值长度之前，基本上会在其新陈代谢和特定的机制中转换方向；如果将细胞比作一个城市的话，你会期望一个设计良好的程度与一个大城市相比拥有不同的基础设施，比如东西如何被运输以及需要多少能量等；一旦达到一定的规模，基础设施和服务就会发生改变从而适应新的挑战。

随着这项研究计划的不断进展，目前研究人员正在利用其所开发的平台来从ALS患者所捐赠的细胞中培育神经元，旨在创造一种更为准确的疾病模型，并建立更好的平台来检测新型疗法，目前研究人员还在继续研究来确定是否这些机制能在不同的物种中保持不变。综上，本文研究结果对于多种神经变性疾病的体外模型的开发具有非常重要的意义，同时也加强了在体外对细胞形状和生物物理限制进行保真性和精确建模的重要性。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Cathleen Hagemann, Carmen Moreno Gonzalez, Ludovica Guetta, et al. Axonal Length Determines Distinct Homeostatic Phenotypes in Human ipsC Derived Motor Neurons on a Bioengineered Platform, Advanced Healthcare Materials (2022). DOI: 10.1002/adhm.202101817