年輕的大腦具有可塑性,這意味著它們的大腦回路可以很容易地重新連線以促進學習。然而,到了成年期,大腦已經失去了大部分可塑性,並且在發生中風等情況後,不再容易恢復失去的功能。現在,科學家們透過將年輕的神經元移植到成年小鼠的大腦中,成功地恢復了成年小鼠的完全幼年可塑性,從而治癒了它們的嚴重視覺障礙。
在五月份發表於《Neuron》雜誌上的一項開創性研究中,由加州大學歐文分校的蘇尼爾·甘地領導的神經科學家團隊將胚胎小鼠幹細胞移植到其他小鼠的大腦中。這些細胞被啟動成為抑制性神經元,從而抑制大腦活動。該研究的第一作者梅麗莎·戴維斯說,在此項研究之前,“人們普遍懷疑成年大腦是否允許這些細胞分散、整合並重新啟用可塑性。” 科學家們多年來一直在嘗試這項壯舉,並在不斷改進方法,而歐文團隊最終獲得了成功:這些細胞被整合到大腦中,並引起了大規模的重新連線,恢復了早期發育的高度可塑性。在視力受損的小鼠中,移植使得正常視力得以恢復,這透過視覺神經訊號測試和游泳迷宮測試得到了證實。
科學家們尚未測試將移植技術用於其他神經系統疾病,但他們認為該技術對多種疾病和損傷具有潛力,具體取決於新神經元恢復可塑性的方式。目前尚不清楚移植細胞的增殖是否是可塑性恢復的原因,或者新細胞是否會觸發現有神經元的可塑性。如果是後者,則該治療可能會促進腦外傷或中風後大腦的重新連線和癒合。
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該團隊使用了抑制性神經元,因為它們在早期的實驗中顯示出最有希望的結果。但是,這種特定型別的神經元也具有特殊的臨床前景,因為許多精神和神經系統疾病都涉及興奮和抑制之間的不平衡,包括癲癇、精神分裂症和慢性疼痛。包括賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的斯圖爾特·安德森領導的一個實驗室在內的多個實驗室已經證明,移植健康小鼠的抑制性神經元可以改善患有這些疾病模型的小鼠的症狀。新方法將允許更廣泛的大腦改變,有可能徹底根除疾病。安德森說,對於那些未得到藥物幫助的人來說,“神經元移植這樣具有英雄氣概的治療方法可能會改變人生。”
在神經元移植應用於人類之前,仍然存在許多障礙。首先,小鼠幹細胞可能對移植到人體內無效或不安全,而且科學家們尚不知道如何誘導人類幹細胞變成該手術所需的神經元前體型別。此外,移植的細胞需要一個多月才能在受體小鼠的大腦中成熟;理論上,人類細胞將需要更長的時間,可能需要數年。
儘管存在這些障礙,專家們對這項突破感到興奮。他們認為,神經元移植有一天可能會提供一種基於細胞的療法,以有效且更重要的是永久性地治療與年齡相關的疾病和發育性疾病。