新的"生物杂交"神经植入物可恢复瘫痪肢体的功能

新的"生物杂交"神经植入物可恢复瘫痪肢体的功能以前使用神经植入物来恢复肢体功能的尝试大多失败，因为随着时间的推移，电极周围往往会形成疤痕组织，阻碍了设备和神经之间的连接。通过在电极和活体组织之间夹上一层由干细胞重新编程的肌肉细胞，研究人员发现，该设备与宿主的身体融为一体，并防止了疤痕组织的形成。在28天的实验过程中，细胞一直在电极上存活，这是第一次在如此长的时间内进行监测。研究人员说，通过将两种先进的神经再生疗法--细胞疗法和生物电子学--结合到一个装置中，他们可以克服两种方法的缺点，提高功能和灵敏度。虽然在用于人体之前还需要进行广泛的研究和测试，但该设备对于截肢者或那些失去肢体功能的人来说是一个很有前途的发展。该结果于2023年3月22日在《科学进展》杂志上报道。当试图扭转导致肢体丧失或肢体功能丧失的伤害时，一个巨大的挑战是神经元无法再生和重建被破坏的神经回路。共同领导这项研究的剑桥大学临床神经科学系的达米亚诺-巴罗内博士说："例如，如果有人被截去手臂或腿部，即使物理上的肢体已经消失，但神经系统中的所有信号仍然存在。"整合假肢或恢复手臂或腿部功能的挑战是，从神经中提取信息并将其送到肢体上，以便恢复功能。"解决这个问题的一种方法是将神经植入肩部的大肌肉中，并在其上附加电极。这种方法的问题是在电极周围形成疤痕组织，加上只能从电极上提取表面信息。为了获得更好的分辨率，任何用于恢复功能的植入物都需要从电极中提取更多信息。而为了提高灵敏度，研究人员希望设计出能够在单个神经纤维或轴突的规模上工作的东西。巴罗内说："轴突本身有微小的电压。但一旦它与肌肉细胞连接，而肌肉细胞的电压要高得多，来自肌肉细胞的信号就更容易提取。这就是你可以提高植入物的灵敏度的地方。"研究人员设计了一种生物兼容的柔性电子装置，它足够薄，可以连接到神经的末端。然后在电极上放置了一层干细胞，经过重新编程成为肌肉细胞。这是第一次以这种方式将这种被称为诱导多能干细胞的干细胞用于生物体。巴罗内说："这些细胞给了我们很大程度的控制。我们可以告诉它们如何表现，并在整个实验过程中对它们进行检查。通过将细胞置于电子设备和活体之间，身体看不到电极，只看到细胞，所以不会产生疤痕组织。"剑桥大学的生物混合装置被植入大鼠瘫痪的前臂中。干细胞在植入前已转化为肌肉细胞，与大鼠前臂的神经结合。虽然老鼠的前臂没有恢复运动，但该设备能够从大脑中接收到控制运动的信号。如果与其余的神经或假肢相连，该装置可以帮助恢复运动。细胞层也改善了设备的功能，提高了分辨率，并允许在一个活的生物体内进行长期监测。细胞在28天的实验中存活下来：这是第一次证明细胞能在这种长时间的实验中存活下来。研究人员说，与其他试图恢复截肢者功能的方法相比，他们的方法具有多种优势。除了更容易集成和长期稳定之外，该设备足够小，其植入只需要微创手术。其他用于恢复截肢者功能的神经接口技术需要对患者的大脑皮层活动进行复杂的特定解释，以便与肌肉运动相关联，而剑桥大学开发的设备是一个高度可扩展的解决方案，因为它使用"现成的"细胞。研究人员说，除了有可能恢复失去肢体的人的功能外，他们的设备还可以通过与负责运动控制的特定轴突互动来控制假肢。共同第一作者、工程系的AmyRochford说："这种界面可以彻底改变我们与技术互动的方式。通过将活体人体细胞与生物电子材料相结合，我们创造了一个能够以更自然和直观的方式与大脑沟通的系统，为假肢、脑机接口，甚至增强认知能力开辟了新的可能性。""这项技术代表了一种令人兴奋的神经植入的新方法，我们希望这将为有需要的病人开启新的治疗方法，"同样来自工程系的共同第一作者AlejandroCarnicer-Lombarte博士说。"共同领导这项研究的剑桥大学工程系的乔治-马利亚拉斯教授说："这是一项高风险的工作，我很高兴它成功了。这是一种你不知道需要两年还是十年才能成功的事情，而它最终非常有效地发生了。"研究人员现在正在努力进一步优化这些设备并提高其可扩展性。在剑桥大学技术转让部门--剑桥企业的支持下，该团队已就该技术提交了专利申请。opti-ox是一种精确的细胞重编程技术，能够忠实地执行细胞中的遗传程序，使它们能够稳定地大规模生产。实验中使用的支持opti-ox的肌肉iPSC细胞系由剑桥大学Kotter实验室提供。opti-ox重编程技术由合成生物学公司bit.bio拥有。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351023.htm

干细胞生物学家为研究创造新的人类细胞类型

干细胞生物学家为研究创造新的人类细胞类型鲁汶大学的VincentPasque教授和他的团队已经成功地在实验室里利用干细胞生成了一种新型的人类细胞。这些新细胞与早期人类胚胎中的自然对应物非常相似。因此，研究人员现在可以更好地研究胚胎植入子宫后的情况。该研究结果发表在《细胞·干细胞》杂志上。如果一切顺利的话，人类胚胎在受精后约七天植入子宫。在这一点上，由于技术和伦理上的限制，胚胎变得无法用于研究。这就是科学家们已经开发了各种类型的胚胎和胚胎外细胞的干细胞模型，以便在培养皿中研究人类发育的原因。由VincentPasque领导的研究团队已经为一种特定类型的人类胚胎细胞，即胚胎外中胚层细胞，开发了第一个模型。Pasque教授说：“这些细胞在胚胎中产生第一滴血，帮助胚胎附着在未来的胎盘上，并在形成原始脐带中发挥作用。在人类中，这种类型的细胞出现在比小鼠胚胎更早的发育阶段，而且物种之间可能还有其他重要差异。这使得我们的模型特别重要：对小鼠的研究可能不会给我们同样适用于人类的答案。”研究人员用人类干细胞制作了他们的模型细胞，这些细胞仍然可以发育成胚胎的所有细胞类型。这些新细胞与人类胚胎中的自然对应物非常相似，因此是该特定细胞类型的良好模型。“你不会每天都制造一种新的人类细胞类型，”Pasque说。“我们非常兴奋，因为现在我们可以研究通常在发育过程中无法触及的过程。事实上，该模型已经使我们找到了胚胎外中胚层细胞的来源。从长远来看，我们的模型也将有望对生育问题、流产和发育障碍等医学难题提供更多的启示。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311881.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311881.htm

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤研究人员利用干细胞三维打印出分层脑组织（红色和蓝色），并与小鼠脑组织（蓝色）融为一体金永成/牛津大学在一项新的研究中，牛津大学的研究人员通过3D打印人类神经干细胞，制造出了一种双层脑组织，将其植入小鼠脑组织后，在结构和功能上都与之融为一体。这项研究的通讯作者之一周林娜说："我们的液滴打印技术为设计具有所需结构的活体三维组织提供了一种方法，这使我们更接近于创造个性化的脑损伤植入疗法。"人类诱导多能干细胞（hiPSC）在组织再生疗法中具有巨大的应用潜力。它们是人工干细胞，来源于体细胞，经过基因重编程后达到类似胚胎干细胞的状态，使其具有分化成人体任何细胞类型的独特能力。在目前的研究中，研究人员首先将hiPSCs分化成两种类型的神经祖细胞，分别用于形成大脑皮层的上层和深层。这些特定层的祖细胞被用来制造两种生物墨水，并通过三维液滴打印技术打印成分层组织。在将分层组织植入活体小鼠脑组织之前，先让打印出来的祖细胞成熟，并在一周内监测它们的生长和活性。从干细胞分化到植入三维打印脑组织的过程示意图金永成/牛津大学植入的组织显示出与小鼠脑细胞的紧密结合，包括神经元过程的形成--传导和传输神经信号的指状突起--以及神经元跨越植入物和宿主之间边界的迁移。植入的细胞还显示出与宿主细胞相关的信号活动，表明细胞正在相互交流，并显示出功能和结构上的整合。该研究的另一位通讯作者佐尔坦-莫尔纳尔（ZoltánMolnár）说："人类大脑的发育是一个微妙而精细的过程，有着复杂的编排。如果认为我们能在实验室中重现整个细胞发育过程，那就太天真了。不过，我们的3D打印项目表明，我们在控制人类iPSCs的命运和排列以形成大脑皮层的基本功能单元方面取得了实质性进展。"由于人类大脑皮层有多达六层神经细胞，研究人员计划改进三维液滴打印技术，以创建更复杂的多层组织，从而更逼真地模拟大脑结构。他们说，除了打印出的组织可能用于修复脑损伤外，它还可用于药物测试、大脑发育研究，以及提高我们对认知的理解。这项研究的第一作者金永成说："这一进展标志着我们在制造具有天然脑组织完整结构和功能的材料方面迈出了重要一步。这项工作将为探索人类大脑皮层的工作原理提供一个独特的机会，从长远来看，它将为脑损伤患者带来希望"。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388129.htm

新型皮下植入物可协助糖尿病患者的胰岛细胞治疗过程

新型皮下植入物可协助糖尿病患者的胰岛细胞治疗过程一种替代方法涉及从已故的捐赠者那里获取胰岛细胞，并将其移植到病人的肝脏中。几年来，这些细胞继续生产胰岛素，消除了每日注射的需要。然而，不幸的是，为了防止身体的免疫系统将引入的胰岛细胞识别为必须中和的异物，病人必须持续服用免疫抑制药物。由于这些药物是口服的，因此分布在整个身体中，需要相对较大的剂量--而且剂量越大，不必要的副作用就越严重，例如整体免疫系统受到损害。正是考虑到这些问题，休斯顿卫理公会医院的科学家们创造了一种被称为NICHE（新生血管植入式细胞归位和封装）的实验性植入物。这种扁平的聚酰胺体装置的大小与25美分硬币相似，被设计为植入皮下。它包含两个储存器--一个是包含胰岛细胞的长方形内部储存器，一个是包含免疫抑制药物的U形外部储存器（环绕内部储存器的三个侧面）。内部单元上的网状"屋顶"允许血管生长到其中，为胰岛细胞提供所需的氧。这两个储存器通过NICHE两侧的多孔膜逐渐释放其载荷，每次持续数周。胰岛细胞因此被血液吸收并转送到肝脏，而免疫抑制药物只在需要的地方提供免疫阻断作用--这意味着需要的药物量要小得多。当植入物需要补充时，只需用皮下注射针穿过病人的皮肤，并通过所需储液器末端的自封硅胶塞，就能将更多细胞或药物注入其中。据报道，在对糖尿病大鼠进行的测试中，NICHE恢复了正常的血糖水平，并在150多天内消除了1型糖尿病症状，而没有产生任何严重的副作用。该设备每28天补给一次，尽管科学家们现在正在研究一个版本，当用于人类时，补给间隔可长达6个月。甚至有可能，药物配方的变化可以将这些间隔延长到一年一次。首席科学家AlessandroGrattoni教授说："我们研究的一个关键结果是，细胞移植的局部免疫抑制是有效的。这个设备可以改变患者的管理模式，并能对治疗效果和改善患者的生活质量产生巨大影响。"这项研究在最近发表于《自然通讯》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336847.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336847.htm

世界首创：研究测试人类大脑植入物以阻止暴饮暴食

世界首创：研究测试人类大脑植入物以阻止暴饮暴食据NewAtlas报道，在一项世界首创的试点研究中，科学家们通过手术将一种装置植入两名患有暴饮暴食症的肥胖者的大脑中。该设备被设计用来检测和破坏与暴饮暴食食物渴望有关的大脑信号，有希望的结果为未来植入物能够控制各种冲动行为奠定了基础。2017年底，一项引人入胜的研究发表了，该研究表明，被称为伏隔核的大脑区域的某些活动可能与暴饮暴食等有害冲动行为有关。该研究在小鼠身上展示了大脑植入物如何能够实时检测与暴饮暴食冲动有关的活动，提供脉冲电流以阻断这些信号，并随后阻止动物过度消费食物。对人类进行深层大脑刺激的想法并不完全是新的。多年来，科学家们已经使用植入式设备来帮助治疗癫痫和帕金森病等疾病的患者。但是之前的那些设备通常依赖于预编程的电刺激，旨在更广泛地管理有严重运动控制问题的病人。这项新研究采取了一种完全不同的方法，希望通过识别和阻断高度特定的大脑活动特征来控制冲动行为。这项新研究提供了这一想法可能在人类身上发挥作用的第一个证据。研究人员在《自然医学》杂志上报告了首批使用这种大脑刺激装置的两名人类患者的经历。试点试验中的两名患者被临床诊断为暴饮暴食症，并且严重肥胖。在进行了植入大脑刺激装置的外科手术后，这两名患者被观察了大约六个月，该装置的电极瞄准了伏隔核。在最初的观察期间，研究人员专注于记录每个病人的大脑活动，目的是找出一个可能与暴饮暴食行为特别相关的独特特征。这有时包括让病人到实验室进行实验，在那里他们会看到大量的高热量食物的自助餐。在最初的观察和记录阶段之后，研究人员打开了植入物，每个植入物都被编码为个别病人自己的暴饮暴食神经触发器。该设备是一个闭环系统，这意味着它被设计为在感觉到目标大脑活动时独立地开启和关闭其电脉冲。研究人员又对这些病人进行了六个月的监测，并指出这些设备似乎运作良好，没有发现任何不良影响。两名患者都报告说暴饮暴食发作的频率明显下降，失去控制的感觉也减少了。平均而言，每位患者在接下来的六个月里还减掉了大约11磅（5公斤），没有特别的饮食干预方向。“这是一项早期的可行性研究，我们主要是评估安全性，但当然，这些病人向我们报告的强大的临床效益确实令人印象深刻，令人振奋，”该研究的高级作者CaseyHalpern说。正如Halpern所强调的，这项最初的试点研究旨在主要关注安全性和可行性。因此，现在判断这种大脑刺激方法是否真的能控制暴饮暴食还为时过早，但这些早期迹象确实表明该设备是安全的。研究人员特别指出，在寻找明显的大脑活动模式方面存在挑战，这些模式可能只与“失去控制”的暴饮暴食有关，而不是与常规饮食或渴望事件有关。经过几个月的监测，确定了某些信号，但还需要更多的工作来优化人类暴饮暴食的大脑信号的特异性。约克大学的心理健康研究员AlexandraPike没有参与这项新的研究，她强调该设...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1310211.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1310211.htm

治疗糖尿病的植入物成功产生氧气支持胰岛细胞

治疗糖尿病的植入物成功产生氧气支持胰岛细胞在大多数人体内，胰岛细胞产生维持适当血糖水平所需的胰岛素。不幸的是，1型糖尿病患者的免疫系统会破坏这些细胞，因此必须手动向血液中注射胰岛素。替代注射胰岛素的方法之一是植入从尸体上提取的胰岛细胞或从干细胞中提取的胰岛细胞。虽然在许多情况下这样做确实有效，但患者必须终生服用免疫抑制剂，以防止这些细胞被排斥。科学家们尝试将胰岛细胞包裹在微小的柔性植入物中，使细胞不受宿主免疫系统的影响，但仍允许这些细胞产生的胰岛素扩散到血液中。不过，这些植入物也会阻止维持生命的氧气进入细胞，这意味着这些细胞的寿命不会太长。一些植入物通过加入预装氧舱或产生氧气的化学试剂来解决这一缺陷。不过，随着时间的推移，氧气和试剂都会耗尽，因此必须更换或重新填充植入物。麻省理工学院和波士顿儿童医院的一个团队最近开发出一种新设备，以寻求一种更长期的替代方法。该装置中装有数十万个胰岛细胞和质子交换膜，质子交换膜能将水蒸气（自然存在于人体中）分成氢气和氧气。氢气无害扩散，而氧气则进入植入体的储存室。然后，储存室中的透气薄膜允许氧气流向含有胰岛细胞的储存室。图为植入体浸没在水中，产生氧气（下）和氢气（上）气泡麻省理工学院/波士顿儿童医院的ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士触发水蒸气分裂作用需要一个很小的电压，这个电压可以通过无线方式从外部磁线圈传递到植入体的天线。线圈可以粘附在病人的皮肤上，紧邻植入部位。在对糖尿病小鼠进行的试验中，一组小鼠的皮下被植入了完全制氧型装置，另一组小鼠则接受了仅含有胰岛细胞的非制氧型装置。虽然两组啮齿动物最初的表现都很好，但非供氧组在大约两周内出现了高血糖。目前的计划是在更大的动物身上进行试验，然后在人身上进行临床试验。希望这项技术还能用于生产其他类型的治疗蛋白质，以治疗其他疾病。事实上，该设备已被用于支持细胞产生促红细胞生成素，这是一种刺激红细胞生成的蛋白质。这项研究的资深作者、麻省理工学院的丹尼尔-安德森教授说："有多种疾病的患者需要外源性地摄入蛋白质，有时甚至非常频繁。如果我们能用一种能长期发挥作用的单一植入物取代每隔一周输液一次的需要，我认为这确实能帮助很多病人"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385065.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385065.htm