弗朗西斯·克里克研究所和倫敦國王學院的研究人員表明，神經(jīng)細胞的長度與其功能密切相關(guān)。他們的準確模型允許研究這些細胞中的結(jié)構(gòu)和功能過程，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供重要的見解。
脊髓中的運動神經(jīng)元是幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的靶點，例如肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)。由于極長的軸突，從細胞延伸出來的纖細纖維，它們的長度可達 1m。先前已經(jīng)觀察到疾病的早期跡象首先出現(xiàn)在軸突的末端，并且較長的軸突在較短的軸突之前顯示出功能障礙的跡象。因此，研究長軸突可以更好地了解一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病。然而，迄今為止，實驗室中的研究使用的細胞比我們體內(nèi)的細胞要短得多。
在發(fā)表于Advanced Healthcare Materials(2 月 3 日，星期四)的研究中，科學家們開發(fā)了一個生物工程平臺，使他們能夠在不改變其他有意義的特征的情況下，培養(yǎng)具有特定軸突長度的人類運動神經(jīng)元，從數(shù)百微米到 1 厘米及以上.
Andrea Serio 博士是克里克大學神經(jīng)回路生物工程和疾病建模實驗室的主要作者和組長，也是國王學院神經(jīng)組織工程講師，他說：“能夠以可控的方式將人類運動神經(jīng)元長到 1 厘米甚至更遠，提供了一個比僅使用幾毫米甚至幾百微米長的細胞更好的模型。從根本上說，我們想要解決的一個簡單問題是，“它們得到多長時間有關(guān)系嗎?”
“答案是肯定的。這是第一次證明神經(jīng)元的長度與其功能密切相關(guān)。我們將繼續(xù)開發(fā)我們的平臺，希望將這些細胞長到更長的長度，即更能代表它們在身體中的大小。”
使用他們的新平臺，包括在微制造基板上生長神經(jīng)元，研究人員能夠決定將這些細胞生長到什么長度。
他們比較了不同長度的運動神經(jīng)元，從 2 毫米到 1 厘米。在超過 5 毫米長的細胞中，它們維持細胞活性、穩(wěn)定性和新陳代謝的方式發(fā)生了顯著變化。例如，在這個長度之上，神經(jīng)元有更多的線粒體，它們也更有可能留在同一位置而不是四處移動。在較長神經(jīng)元的某些部分，更多的這些細胞器是圓形的，而不是細長的。
Cathleen Hagemann，第一作者和博士。Crick and King's 神經(jīng)回路生物工程和疾病建模實驗室的學生說：“我們的研究開始回答神經(jīng)元形狀是否重要以及細胞功能是否適應它的問題。迄今為止的結(jié)果支持這一假設(shè)。有一個大約 5 毫米的閾值長度，超過該長度，細胞中的一些關(guān)鍵生物過程會發(fā)生變化或適應。”
安德里亞補充說：“最有趣的發(fā)現(xiàn)之一是神經(jīng)元需要達到的‘閾值長度’的想法，本質(zhì)上，在它們的新陳代謝和某些機制中切換齒輪。如果你將細胞與城市進行比較，你會期望一個設(shè)計良好的小城市，其基礎(chǔ)設(shè)施與大城市有很大不同，例如，運輸方式和需要多少能源。一旦達到一定規(guī)模，基礎(chǔ)設(shè)施和服務就會發(fā)生變化以適應新的挑戰(zhàn)。
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