使用活组织为研究提供了新的系统，以理解ALS和其他疾病的疾病过程
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洛杉矶，2018年3月23日——一项最新发表于《干细胞报告》（Stem Cell Reports）的研究表明，人类大脑中最小的血管能够激活已知会触发脊髓运动神经元的基因，促使神经元在早期发育过程中生长。这些发现为肌萎缩侧索硬化（ALS）和其他神经退行性疾病可能如何发展提供了新的见解。
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为了做出这一发现，研究人员们成功地在体外重新创造了血管和脊髓运动神经元的活组织，以显示它们之间如何相互作用。
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“在此之前，人们一直认为这些血管仅仅是输送养分和氧气，清除废物，调节血液流动。但我们发现，除了管道功能外，它们还会与神经元进行基因方面的沟通交流，” 该研究第一作者、希德斯-西奈理事会再生医学研究所（Cedars-Sinai Board of Governors Regenerative Medicine Institute）博士后研究员Samuel Sances博士说道。
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当人类胚胎大约4周大时，Sances解释说，新的血管开始包围一种原始的细胞柱，这些细胞最终会成为脊髓。在发育基因的驱动下，这些细胞中的一部分会变成脊髓运动神经元。该研究表明，大脑中最小血管（即毛细血管）的细胞，能够激活这些基因，从而刺激脊髓运动神经元生长和成熟。
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图：脊髓运动神经元细胞层（顶部，蓝色）和毛细血管细胞（底部，红色）在器官芯片内汇聚。神经元和毛细血管沿着芯片长边相互作用。这幅图像由共焦显微镜拍摄，颜色由荧光抗体染色产生。
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除了提供对人类生物学的深入见解外，该研究还开辟了一条解开ALS等疾病奥秘的新路径，Sances说道。ALS是一种会杀死运动神经元的进行性致命疾病，目前还无法治愈。
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“脊髓神经元可能出现了什么问题而导致运动神经元死亡？” Sances问道，“如果我们能够建立个体ALS患者的组织模型，我们也许就能够回答这个问题，并有朝一日通过新的疗法来拯救ALS患者的神经元。”
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研究人员将干细胞科学与 “芯片上的器官”（Organs-on-Chips）技术进行独特结合，使得该研究的发现成为可能。“芯片上的器官” 技术可以在微工程环境中重新创造人类生物学。
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研究人员首先从成人采集了皮肤细胞样本，然后将其基因重新编程为诱导多能干细胞，诱导多能干细胞能够创造任何类型的细胞——在这项研究中，是脊髓运动神经元和大脑毛细血管内层。研究团队将这些细胞放置在器官芯片（Organ-Chips）的微小通道中，这些芯片由柔性聚合物制成，大小与AA电池相当。在芯片中特殊液体培养下，两种不同组织的细胞茁壮成长并彼此相互作用。
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“这项研究告诉了我们一些关于神经元如何发育的重要信息，” 该研究高级作者、希德斯-西奈理事会再生医学研究所主任、医学和生物医学科学教授Clive Svendsen博士说。下一步，他补充说，研究人员正在制定计划，利用芯片技术将ALS患者中血管和神经元之间的相互作用与非ALS患者个体进行比较。
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该研究是新推出的 “芯片上的患者”（Patient-on-a-Chip）项目的一部分，该项目由希德斯-西奈和波士顿Emulate公司合作开展，基于患者基因构成和疾病变体来帮助预测哪些治疗最为有效。Emulate公司负责生产项目中使用的器官芯片。Emulate公司总裁兼首席科学官杰Geraldine A. Hamilton博士是该研究的共同作者。
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今年2月，两家机构的研究人员宣布使用一种 “肠内芯片”（Intestine-Chip）来模拟人体肠道内壁。
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“芯片上的患者” 项目是席德斯-西奈精准医疗的重要举措，目标是推动最新技术和最佳研究的发展，再加上最优秀的临床实践，以迅速开创个性化医疗的新时代。
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