船奔赴南海开启新航程,科学家研发出新型三维
分类:生命科学

“海洋地质九号”船奔赴南海开启新航程
预计2020年2月返回青岛
饶毅小组新成果:绘制神经活动“化学地图”
科学家研发出新型三维碳神经支架

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“哇!”凌晨4点半,原本睡得香甜的小婴儿突然醒来开始哭闹。从出生到快两岁,每天固定的夜哭和别人家“天使宝宝”的故事,让她的父母百思不得其解:究竟是什么影响甚至决定了人的睡眠?

新华社南京2月26日电记者从中科院苏州纳米所获悉,由中国、意大利、美国学者组成的一个国际研究团队,最新研发出一种三维石墨烯-碳纳米管复合网络支架。这种生物支架能很好地模拟大脑皮层结构,未来,研究者们不仅能借助支架清晰、直观地看到脑部疾病的发展过程,还有望将其植入大脑,用于阿尔茨海默症等多种神经退行性疾病的治疗。

神经科学家也希望获得这个问题的答案。近日,细胞出版社旗下的学术期刊《神经元》发表了北京大学生命科学学院教授饶毅课题组的一项研究成果。该成果提出“化学连接组”这一新概念,并在果蝇中构建了“化学连接组“遗传资源库。研究人员在对果蝇的实验中发现,至少41个CCT基因调节睡眠。

碳神经支架是一种基于石墨烯、碳纳米管等新型超微碳材料的生物支架。它通过模拟体内复杂的微环境,构建神经干细胞和原代神经元的生长环境。科研人员发现,相比在二维的培养皿中观察、培养神经细胞,三维支架更接近脑部实际环境,神经干细胞的增殖和定向分化效率也大大提高。

“我们试图构建神经环路中的‘化学地图’,即参与神经活动与信息传递的化学物质在大脑中分布如何。”论文第一作者、北京大学生命科学学院博士后邓博文告诉《中国科学报》:“这是一项如同大海捞针一样的艰巨任务,我们刚刚迈出了第一步。”

此次研究中,合作组成员用石墨烯模拟大脑内部四通八达的三维框架,用更微小的碳纳米管模拟神经元细胞,成功构建出“互联互通”的三维复合碳神经支架。利用这种支架培养原代大脑皮层神经元,能更好地模拟大脑皮层的复杂性。研究者将脑胶质瘤细胞“种植”在构建的大脑皮层模型中,结合先进的成像和分析技术,就能清晰看到肿瘤细胞的发展进程。此外,研究者还构建了药物治疗模型,利用三维支架观察不同抗癌药物对肿瘤的实际抑制效果。

“化学传递学说”2.0

“新支架不仅能用于药物的筛选,未来还可能被移植进人体,用于阿尔茨海默症、帕金森综合征等疾病的治疗。”参与此项研究的中科院纳米-生物界面重点实验室研究员程国胜说,针对多种神经退行性疾病的治疗,医学界已经提出移植神经干细胞的构想。三维碳神经支架将是很好的载体,它能帮助医生将神经干细胞精准放置到病变地点,并帮助其增殖、分化,以实现治疗的目的。

自20世纪30年代“乙酰胆碱”被证实为神经传递的化学物质后,“化学传递学说”成为解释神经细胞之间信息传递的重要观点之一。近一个世纪以来,尽管“化学传递学说”不断完善,但只研究一个、或者少数几个递质和受体,依然难以解释复杂的神经活动现象。

相关研究成果已于近期发表在材料学领域国际权威刊物《先进材料》上。

“大脑完成一个活动的背后,往往有许多神经元参与。”邓博文表示,“我们想知道,大脑在完成这个活动具体的神经环路以及神经环路上的信息传递是怎样的。”

为此,饶毅课题组提出一个新概念——“化学连接组”,旨在发扬和继承“化学传递学说”,在研究单个神经元递质交流的基础上,从整体上研究神经活动过程中所有神经递质及神经调质、神经肽的参与和分布。

“这个新概念让科学家用正在发挥作用的神经递质来绘制大脑成为可能。” 瑞士日内瓦大学医学院基础神经科学系教授克里斯蒂安·卢舍尔(Christian Luscher)称。在他看来,这种方法具有巨大的潜力。

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