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2019年9月3日

科学家在体外再造血脑屏障缺陷

摘要:科学家们重新创造了一个关键的大脑组成部分——血脑屏障,其功能与提供细胞的个体相同。他们的研究成果提供了一种新的方法来发现大脑疾病,并有可能预测哪种药物对个体病人最有效。

科学家们无法在体外复制你的大脑。那是科幻小说里的东西。但在一项新的研究中,他们重新创造了一个关键的大脑组成部分——血脑屏障,其功能与提供细胞制造血脑屏障的个体相同。如今,他们的研究成果发表在同行评审期刊《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)上,描述详细。这项研究提供了一种新的方法来发现大脑疾病,并有可能预测哪种药物对个体患者最有效。

血脑屏障通过阻止血液中的毒素和其他外来物质进入脑组织并对其造成损伤,起到了看门人的作用。它还可以阻止潜在的治疗药物到达大脑。神经系统疾病,如肌萎缩侧索硬化症(卢伽雷氏症)、帕金森氏症和亨廷顿氏症,共同影响着数以百万计的人,与血脑屏障缺陷有关,这些缺陷阻碍了健康大脑活动所需的生物分子。

在他们的研究中,一个由Cedars-Sinai研究人员领导的团队使用成年人的血液样本,产生了被称为诱导多能干细胞的干细胞,这种干细胞可以产生任何类型的细胞。他们用这些特殊的细胞来制造神经元、血管壁和支持细胞,这些细胞共同构成血脑屏障。然后,研究小组将各种类型的细胞放入有机芯片中,利用细胞在人体内部经历的自然生理和机械力,重现了人体的微环境。

这些活细胞很快就形成了血脑屏障的功能单元,其功能与人体一样,包括阻止某些药物进入。值得注意的是,当这种血脑屏障来自亨廷顿氏舞蹈症(Huntington’s disease)或艾伦-赫德森-达德利综合征(Allan-Herndon-Dudley syndrome)患者的细胞时,这种屏障的失效方式与患有这些疾病的患者相同。

虽然科学家们以前在体外制造过血脑屏障,但这项研究通过使用诱导多能干细胞在一个器官芯片内制造出一种功能正常的血脑屏障,从而进一步推进了这一科学,这种功能屏障显示出个体患者疾病的一种特有缺陷。

Cedars-Sinai理事会再生医学研究所主任克莱夫·斯文森(Clive Svendsen)博士说,这项研究的发现为精确医疗开辟了一条有希望的道路。他说:“在芯片上使用针对病人的多细胞血脑屏障模型的可能性,代表了开发预测性、个性化药物的新标准。医学和生物医学教授斯文森是这项研究的资深作者。

这项研究将洛杉矶Cedars-Sinai研究人员的创新干细胞科学与波士顿的先进芯片器官技术相结合。模拟器的人体模拟系统重新创建了细胞需要的微环境,以显示前所未有的生物功能水平,并表现得像他们在人体中所做的。该系统由仪器仪表、软件应用程序和大约AA电池大小的有机芯片组成,微小的流体通道内排列着成千上万个活的人体细胞。

该研究的联合第一作者是盖德·瓦廷,以色列内盖夫本古里安大学的博士,曾在西达斯西奈半岛担任博士后科学家;里卡尔多·巴里(Riccardo Barrile)博士,前Cedars-Sinai博士后;迈克尔·沃克曼(Michael Workman)是西达斯西奈大学生物医学科学研究生院(cedals - sinai Graduate School of Biomedical Sciences)的一名博士生。

该研究是涉及Cedars-Sinai和仿真公司的几个合作项目之一。该公司于20182月宣布了一项芯片上的病人”(patient -on-a- chip)联合项目,帮助根据病人的基因组成和疾病变异预测哪种疾病治疗最有效。该项目是Cedars-Sinai Precision Health的一项倡议,其目标是推动最新技术和最佳研究的发展,并结合最佳的临床实践,以快速实现个性化健康的新时代。

披露:Cedars-Sinai拥有仿真公司的少数股权。Cedars-Sinai的一名管理人员在仿真公司的董事会任职。仿真没有为本研究提供资金支持。该研究的六名作者是模拟公司的员工和股东。

资金研究报告在这个出版得到了国家神经疾病和中风研究所和美国国立卫生研究院国家医学转化中心1UG3NS105703奖金,加州再生医学研究所,ALS协会,谢尔曼家族基金会和以色列科学基金会等资助。

(来源:Cedars-Sinai医疗中心)