《電子技術(shù)應(yīng)用》
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最新器官芯片技術(shù)為“漸凍人”點(diǎn)燃希望

2018-04-12
關(guān)鍵詞: ALS 芯片 電子 技術(shù)

  史蒂芬·霍金與之抗?fàn)?5年的肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥在人們緬懷這位世界著名物理學(xué)家和宇宙學(xué)家的同時(shí),,再次受到熱切關(guān)注,,尤其是該疾病最新的治療進(jìn)展。

  令人興奮的是,,日前,,美國西達(dá)賽奈醫(yī)療中心一項(xiàng)最新研究將為霍金一樣的“漸凍人”帶來治療的新希望。

  肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS,,amyotrophic lateral sclerosis),,俗稱“漸凍癥”,是一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,。該病是一種侵犯脊髓,、腦干、大腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的慢性進(jìn)展性疾病,。

  支配肌肉運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元因?yàn)槿祟惿胁恢赖脑蚵冃?、損害,、死亡,肌肉也因此慢慢失去運(yùn)動(dòng)的能力,,一點(diǎn)點(diǎn)的萎縮,,直到死亡。因?yàn)檫@些功能是隨著疾病進(jìn)展逐漸喪失,,身體如同被逐漸凍住一樣,,故患者被稱為“漸凍人”,。

  對(duì)很多“漸凍人”來說,,最讓他們痛苦的是意識(shí)是清醒的,卻要看著自己的身體一點(diǎn)點(diǎn)死去,,全身動(dòng)彈不得,,直到無法吞咽,沒辦法呼吸,,真切的感受到了生命從身體里的漸漸流逝,。

  霍金在疾病后期,僅僅能依靠極小幅度的動(dòng)作控制電腦,,與外界進(jìn)行溝通,。但不得不說,霍金與病魔對(duì)抗的時(shí)長是一個(gè)奇跡,,因?yàn)椤皾u凍人”的平均存活時(shí)間僅為3-5年,。

  ALS非常罕見,10萬人中大約有4~6人有可能罹患這種疾病,。絕大部分ALS患者都是成年以后發(fā)病,。ALS病因至今不明,部分病例可能與遺傳及基因缺陷有關(guān),。雖然發(fā)病率很低,,但ALS對(duì)病人的生活質(zhì)量及生命構(gòu)成很大威脅,目前的臨床用藥也沒有明顯效果,。

  但是,,科學(xué)家們一直在研究延緩漸凍癥患者病情發(fā)展的方法。他們利用一項(xiàng)最新的器官芯片(Organ-Chip)技術(shù),,在微型芯片上模擬人體生物學(xué),,發(fā)現(xiàn)了人腦中最微小的血管可以啟動(dòng)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的發(fā)育。

  利用這項(xiàng)技術(shù)可以追蹤芯片上的活體組織,,為科學(xué)家研究ALS及其他神經(jīng)退行性疾病的病情進(jìn)展提供了獨(dú)一無二的方法,。美國西達(dá)賽奈再生醫(yī)學(xué)中心的Clive Svendsen博士和Samuel Sances博士近日在美國《干細(xì)胞報(bào)告》上發(fā)表了這一重大研究成果。

  Sances博士說:“直到現(xiàn)在,,人們依然認(rèn)為血管只是用來運(yùn)輸營養(yǎng)和氧氣,、排出廢物和調(diào)節(jié)血流,。我們的研究成果表明,除了運(yùn)輸功能,,血管還有重大作用,,那就是與神經(jīng)進(jìn)行基因?qū)用娴慕涣鳌,!?/p>

  西達(dá)賽奈的研究人員收集人體皮膚細(xì)胞,,首先利用基因重組技術(shù)將它們轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導(dǎo)性多能干細(xì)胞,進(jìn)而可獲得人體多種類型的細(xì)胞,。在該研究中,,一部分誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞分化為了脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元,這是一種與肌肉相連,,能夠指示肌肉運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞,,在患有肌萎縮側(cè)索硬化癥時(shí)死亡,而另一部分誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞分化為了血管細(xì)胞,。

  隨后,,在U盤大小的器官芯片上,研究人員成功將脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元與血管連接,。如下圖所示,,脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(上方,藍(lán)色)與毛細(xì)血管細(xì)胞(下方,,紅色)在器官芯片內(nèi)聚集,,并相互作用。這些發(fā)現(xiàn)令人眼前一亮,。

  Sances博士表示,,通過該研究,他們發(fā)現(xiàn)血管細(xì)胞傳遞分子信號(hào),,可以促進(jìn)脊髓神經(jīng)元的發(fā)育,,讓脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元看起來更像是在人類胚胎中的狀態(tài)。

  原來,,在器官芯片內(nèi)部,,脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元會(huì)自發(fā)地通過電子信號(hào)互相傳遞信息,它們不僅會(huì)獨(dú)立發(fā)出信號(hào),,也會(huì)同時(shí)發(fā)出大規(guī)模信號(hào),。研究人員通過一種著色物質(zhì)來觀察神經(jīng)活動(dòng),每次神經(jīng)元發(fā)出信號(hào)時(shí)會(huì)閃爍熒光,。

  Sances博士認(rèn)為,,這些發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)意義:一是闡明我們的脊髓是怎么生成發(fā)育的;二是為改進(jìn)體外肌萎縮側(cè)索硬化癥建模與發(fā)現(xiàn)治療方法創(chuàng)造了基礎(chǔ),。

  目前,,脊髓器官芯片技術(shù)已被運(yùn)用于一項(xiàng)大型肌萎縮側(cè)索硬化癥患者研究中,,目的是為這些患者尋找新的生物標(biāo)志和靶向療法。而且,,芯片上的血管完整無損,,可用于研究血管到神經(jīng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)療法的效果,從而加快藥物研制的進(jìn)程,。


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