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Cell:科学家有望利用干细胞疗法成功纠正颅缝早闭症小鼠模型的颅骨和大脑功能 有望转化到人类临床应用中

来源:本站原创 2021-01-11 21:15

2021年1月11日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自美国国立卫生研究院等机构的科学家们通过研究成功利用干细胞使得部分颅骨实现再生,从而就有望修正颅缝早闭(craniosynostosis)幼年小鼠的颅骨形状,并逆转其学习和记忆的缺陷。据美国CDC数据显示,在每2500名新生儿中就有1名新生儿会受到颅缝早闭的影响,目前唯一的治疗方法就是在出生后一年内进行复杂的手术,但颅骨缺陷通常会在后期复发,本文研究结果有望帮助开发出更加有效且侵入性较小的疗法来治疗颅缝早闭。

图片来源:Amanda Frataccia, USC

研究者Lillian Shum表示,本文研究是一项非常关键的研究,其证明了颅缝早闭动物模型机体大脑的结构再生和功能性恢复机制;相关研究结果有望转化为治疗人类颅缝早闭的潜在疗法。健康的婴儿出生时就携带有“缝合”结构(sutures),其实一种能填充颅骨之间空间的弹性组织,在生命的最初几年里,随着大脑的快速生长,这种缝合结构能促进头骨扩张;而在颅缝早闭症中,一条或多条缝合结构会过早地进入骨骼,从而导致颅骨板之间的缝隙闭合,并引发颅骨异常生长;由此所导致的颅骨内压力增加可能会增加大脑中的物理变化,从而引发思考和学习问题。

研究者Yang Chai博士说道,目前科学家们并未阐明颅骨的改变与大脑认知缺陷发生之间的关联,为此我们就想知道是否通过恢复“缝合”结构就能改善携带关键基因突变的小鼠大脑的神经认知功能,这种基因突变会诱发小鼠和人类发生颅缝早闭。这种名为TWIST1的基因被认为在机体发育过程中对“缝合”结构的形成至关重要。在人类机体中,该基因的突变会诱发塞-科二氏综合征(Saethre-Chotzen syndrome),这种遗传性疾病的主要特征为颅缝早闭何其它骨骼发育异常。

为了观察是否可变的“缝合”结构能在Twist1突变的颅缝早闭症小鼠中被恢复,研究人员重点对健康缝合结构中一类特殊的干细胞进行研究,此前研究结果表明,这种名为Gli1+细胞的干细胞对于维持年轻小鼠的颅骨“缝合”结构非常关键。研究者表示,通过补充这种干细胞或能帮助再生受影响动物机体中灵活可变的“缝合”结构。为了检测这一想法,研究人员将来自健康小鼠机体的Gli1+细胞添加到了生物可降解的凝胶中,随后将这些混合物放入凹槽中来重建颅缝早闭症小鼠颅骨缝合结构处的空间。

颅骨成像和组织分析结果显示,6个月后,新的纤维缝合组织已经在接受治疗的区域中形成了,新形成的组织甚至在一年后仍然能够保持完整;相比之下,同样的凹槽结构在接受缺失Gli1+细胞的凝胶的小鼠中也会处于关闭状态。深入的分析结果表明,再生缝合结构中的Gli1+细胞有着不同的起源,其中一些是移植细胞的后代,而另一些则是动物自身的细胞,其会从附近的区域迁移而来;研究结果表明,Gli1+细胞的植入会部分通过招募天然的Gli1+细胞来帮助缝合过程的再生。进一步研究后,研究者发现,未经治疗的颅缝早闭小鼠的颅骨内压力会增加,而且其在社交、空间记忆和运动学习过程中的表现也相对较差;经过治疗后,这些指标都会恢复到正常小鼠的水平;而接受治疗的小鼠的颅骨形状也会得到部分矫正。研究者表示,这种干细胞疗法同时还能逆转大脑容量的缺失以及参与学习和记忆的大脑区域的神经细胞的损失;相关研究揭示了大脑功能损伤背后的机制,以及缝合结构再生后所带来的疾病症状改善。

最后研究者Chai说道,我么你发现,基于Gli1+干细胞的缝合结构再生不仅能恢复颅骨的形状,还能改善颅缝早闭小鼠模型大脑的神经认知功能。在人类中进行测试之前研究人员或许还需要进行更深入的工作,包括确定最佳的手术时间以及干细胞的理想来源和水平。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Mengfei Yu,Li Ma,Yuan Yuan, et al. Cranial suture regeneration mitigates skull and neurocognitive defects in craniosynostosis. Cell. Jan. 7, 2021. DOI: 10.1016/j.cell.2020.11.037

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