从毛细胞到神经细胞

我们将听到一项新技术，它可能会彻底改变我们研究神经系统的方式。

剑桥大学的科学家们仅用一小块头发样本，就在玻璃培养皿中创造出了神经细胞的功能网络。他们在一个重要的大脑区域——大脑皮层中创建了一个神经元网络，该区域与记忆、注意力、知觉、语言和意识有关。

这使我们能够在培养皿中研究单个人类的脑细胞和回路。研究结果发表在《自然神经科学》杂志上，和我们一起讨论这项研究的是剑桥大学的小组组长里克·利弗西。

Rick -所以，我们所做的就是从普通人身上提取皮肤细胞，将其转化为干细胞，这项技术已经出现了大约五年。然后我们所做的基本上是重新播放大脑发育过程。所以，把这些干细胞转化成大脑皮层的一部分，大脑皮层构成了人类大脑的四分之三。这是大脑的一部分，使人类成为人类。这基本上让我们可以在实验室里观察人类皮层的发育在三到四个月的时间里发生，这和真人的发育时间一样长。

汉娜:你从志愿者那里得到的皮肤细胞，你从哪里得到的，得到了多少?

里克:这些实际上是成纤维细胞的皮肤细胞，你可以从几毫米宽的皮肤活检中得到它们。这就是目前的做法。现在很流行的一种方法是从头发的底部取出它们。所以，现在很多实验室都在研究如何从某人的头上拔下一根头发，这样就能提供足够的细胞，然后你就可以把它们变成干细胞。

汉娜:你能谈谈你是如何将毛囊周围的皮肤细胞转化为干细胞并将其转化为大脑皮层细胞的吗?

瑞克:当然。所以，在正常的发育过程中，当一只老鼠或一个人，或任何东西，出生时，你会经历一个阶段，你和每个人一样，从一个细胞开始，然后你经历一个阶段，在你的小细胞球里，有所谓的胚胎干细胞，这些细胞可以在你的身体里制造任何细胞。

这项技术是五年前由一个叫山中的日本人发明的。他展示了你可以拿一个成年细胞，比如皮肤细胞或肌肉细胞通过引入一些基因，你最终可以支持它们，使它们变得非常像那些胚胎干细胞。所以，你就像把发育倒回去，这样它们就像一个非常早期的原始干细胞。

所以，当我们介入其中时，我们说，“我们能找到方法把这些干细胞变成另一种类型的干细胞吗?”但它们被称为神经干细胞，但它们是专门制造大脑皮层的干细胞，这是一件神奇的事情，大约需要两周的时间。然后，一旦你得到了这些神经干细胞，经过很长一段时间，它们就会产生这些神经元，然后神经元会自发地连接到另一个神经元并开始相互交流。它们在培养皿里，所以它们形成了神经网络。所以大约三个月后，你就得到了这些神经细胞网络，我们称之为“发射”，它们在培养皿中具有电活性。

汉娜:你可以测量电活动，记录下这个神经回路的电活动，然后确定它是正常的吗?

瑞克:是的，正是如此，这是他们真的是你想要他们成为的最终证明。

汉娜:所以，有人提到这可能对阿尔茨海默氏症的研究和开发阿尔茨海默氏症的新药很有用。你能不能稍微说一下并准确描述一下为什么培养皿中的发育性大脑皮层细胞可能对治疗阿尔茨海默氏症有用?

里克-阿尔茨海默病研究中的一个大问题是其他动物不会得这种病。所以，要让一只老鼠得老年痴呆症，你可能要把三到四个不同的人类基因放进去，然后它们就会得到一些看起来像老年痴呆症的东西，但这并不是真的。

所以，有很多人对在实验室里重建阿尔茨海默氏症很感兴趣，要做到这一点，你需要的是你需要制造出一部分，神经细胞，通常会患上这种疾病然后你需要某种方法让它们患上这种疾病。所以，我们已经解决了第一部分阿尔茨海默病是大脑皮层的疾病。对于第二部分，我们如何得到疾病的过程呢?

我们去找那些有很高患病风险的人在这种情况下，我们去找患有唐氏综合症的人。很多人都听说过唐氏综合症。这是世界上最常见的导致学习障碍的原因，但很多人没有意识到的是，患有唐氏综合症的人患痴呆症或阿尔茨海默氏症的风险很高。

所以，我们在本周的另一篇论文中跟进了你提到的人，我们从唐氏综合症患者身上提取皮肤细胞，将其转化为皮质神经元。我们发现，在一个非常快的时间尺度上大约几个月，他们患上了阿尔茨海默病，所以你期望在这个生物身上看到的特征，但现在，在盘子里。

汉娜:你觉得这道菜有什么特点?

Rick -所以经典的，如果你和一个神经学家谈论你在老年痴呆症患者的大脑中看到的，你会看到两种经典的东西。它们被称为斑块和缠结。斑块是一种在神经细胞外形成的蛋白质块这些是非常早期的特征，它们是由一小部分特定的蛋白质组成的。然后，你开始在神经元中获得一种叫做Tau的蛋白质，它被异常地修饰，它在神经元的部分中移动和积累。基本上，这就是我们在这道菜中看到的。我们从这些斑块开始，然后我们开始看到蛋白质的生长和积累，然后我们看到最后的阶段，神经元开始死亡。

汉娜:当你把这个和你从健康志愿者身上提取的细胞进行比较时，你不会看到这些吗?

里克:你在健康志愿者的细胞中看不到这些。这对我们来说很重要的原因是它打开了一扇门，让你可以在一个区域的时间尺度上实时研究这些进展，所以这是一种在人类身上需要几十年的疾病。所以我们可以测试，现在，我们可以测试关于如何开始的想法，如何得到斑块，然后如果你不让斑块形成，那么你就得到了疾病的最新阶段，在理论上进行工作和干预。

另一个明显的大用途是用于测试药物，这是我们正在做的另一件事。所以，对于阿尔茨海默病，根本没有药物可以改变疾病的进程。人们认为阿尔茨海默氏症是正常衰老的一种极端形式，人们随着年龄的增长会有一些记忆丧失，阿尔茨海默氏症就像一个更糟糕的版本。这是一种误解。这是一种典型的疾病，如果你从诊断到死亡平均需要7年的时间，如果你想到一些严重的癌症如果有人说你得了一种疾病诊断出来会在7年内杀死你，这显然不是一个正常的过程。

所以，这是一种致命的疾病。仅在英国，就有超过80万人患有这种疾病，仅在欧洲就有600万人患有这种疾病，而且这个数字还在上升。所以，很明显，我们会说有越来越多的研究是非常重要的。而且，作为一个公共卫生问题，它每年都在增加。

汉娜:而且，我认为你在体外培养大脑皮层细胞的新技术可能对精神分裂症和自闭症的研究也有应用和影响，所以对大脑皮层也有影响的疾病。

瑞克:没错，这就是我的想法。同样，这些疾病的共同之处在于，你是对的，大脑皮层的疾病，但也有一些疾病我们没有动物模型来研究这种疾病。所以，这里有很多有趣的东西，从疾病的遗传形式开始你可以在培养皿中创建一个模型然后开始转向更常见的零星形式。

汉娜-这是来自剑桥大学的里克·利弗西，他描述了他是如何将头皮上的皮肤转化为功能性大脑皮层网络的，并创造了一种看待阿尔茨海默氏症的新方法。