微小独特的海洋生物揭示神经元的古老起源

微小独特的海洋生物揭示神经元的古老起源H2的共聚焦显微镜下细胞核图像（按深度着色），H2是胎生动物的四个物种之一，该研究的作者为其绘制了细胞图谱。图片来源：SebastianR.Najle/基因调控中心胎生动物是一种微小的动物，大约只有一粒大沙粒大小，在温暖的浅海中以生活在岩石表面和其他基质上的藻类和微生物为食。这种形似圆球和薄饼的生物非常简单，没有任何身体部位或器官。这些动物被认为是在大约8亿年前首次出现在地球上，是与栉水母纲（Ctenophora）、多孔纲（Porifera）、腔肠纲（Cnidaria）（珊瑚、海葵和水母）和双鞭毛目（Bilateria）（所有其他动物）并列的五大动物门类之一。这些海洋生物通过肽能细胞协调自己的行为，肽能细胞是一种特殊类型的细胞，能释放小肽来指挥动物的运动或进食。在对这些细胞起源的好奇心驱使下，这项研究的作者们采用了一系列分子技术和计算模型，以了解胎生动物细胞类型是如何进化的，并拼凑出我们远古祖先的外观和功能。重建远古细胞类型研究人员首先绘制了一张所有不同胎生动物细胞类型的地图，标注了它们在四个不同物种中的特征。每种细胞类型都有特定的作用，这些作用来自于特定的基因组。这些地图或"细胞图谱"让研究人员能够绘制出这些基因的集群或"模块"。然后，他们绘制了控制这些基因模块的DNA调控区域图，从而清楚地显示了每个细胞的作用以及它们是如何协同工作的。最后，他们进行了跨物种比较，重建了细胞类型的进化过程。在显微镜下观察毛鳞虫H2标本的延时视频。资料来源：SebastianR.Najle/CentrodeRegulaciónGenómica研究表明，胎生动物的九种主要细胞类型似乎是由许多"中间"细胞类型连接起来的，它们从一种类型转变为另一种类型。这些细胞不断生长和分裂，维持着动物移动和进食所需的细胞类型的微妙平衡。研究人员还发现了14种不同类型的肽能细胞，但这些细胞与所有其他细胞都不同，没有显示出任何中间类型，也没有任何生长或分裂的迹象。令人惊讶的是，肽能细胞与神经元有许多相似之处--这种细胞类型直到数百万年后才出现在更高级的动物体内，如双毛目动物。跨物种分析表明，这些相似之处是胎生动物所独有的，并没有出现在海绵或栉水母等其他早期分支动物身上。进化的垫脚石肽能细胞与神经元之间的相似性体现在三个方面。首先，研究人员发现，这些胎生动物细胞是通过发育信号从原生上皮细胞群中分化出来的，这种信号类似于网虫和双足纲动物的神经发生过程，即新神经元的形成过程。其次，他们发现肽能细胞具有许多基因模块，这些模块是构建神经元中能够发出信息的部分（突触前支架）所必需的。然而，这些细胞远非真正的神经元，因为它们缺乏神经元信息接收端（突触后）的组件或传导电信号所需的组件。最后，作者利用深度学习技术表明，胎生动物细胞类型之间的交流是通过细胞内的一个系统进行的，在这个系统中，被称为GPCR（G-蛋白偶联受体）的特定蛋白质会检测到外部信号，并在细胞内启动一系列反应。这些外部信号由神经肽介导，神经肽是神经元在许多不同生理过程中使用的化学信使。这项研究的共同第一作者、基因组调控中心博士后研究员塞巴斯蒂安-纳伊尔（SebastiánR.Najle）博士说："我们对这些相似之处感到震惊。胎生动物的肽能细胞与原始神经细胞有许多相似之处，尽管它们还没有达到那种程度。这就像是在看一块进化的垫脚石。"神经元的曙光这项研究表明，8亿年前，在远古地球浅海中吃草的祖先动物中，神经元的构件正在形成。从进化的角度来看，早期的神经元最初可能类似于今天胎生动物的肽能分泌细胞。这些细胞利用神经肽进行交流，但最终获得了新的基因模块，使细胞能够创建突触后支架，形成轴突和树突，并创建产生快速电信号的离子通道--这些创新对于胎生动物祖先首次出现在地球上后约一亿年神经元的出现至关重要。然而，神经系统的完整进化故事仍有待考证。据认为，第一个现代神经元起源于大约6.5亿年前的刺胞动物和两栖动物的共同祖先。然而，栉水母中也存在类似神经元的细胞，尽管它们在结构上有很大差异，而且缺乏现代神经元中大多数基因的表达。胎生动物细胞中存在其中一些神经元基因，而栉孔动物中却没有，这引发了有关神经元进化轨迹的新问题。"胎生动物缺乏神经元，但我们现在发现它们与我们的神经细胞有着惊人的分子相似性。栉水母有神经网，与我们的神经网有关键的不同之处，也有相似之处。神经元是一次进化然后分化，还是不止一次并行进化？它们是马赛克吗，每一块都有不同的起源？这些都是有待解决的悬而未决的问题"，该研究的共同第一作者、基因组调控中心博士后研究员泽维尔-格劳-博韦（XavierGrau-Bové）博士说。该研究的作者相信，随着世界各地的研究人员继续对不同物种的高质量基因组进行测序，神经元的起源和其他细胞类型的进化将变得越来越清晰。"细胞是生命的基本单位，因此了解细胞如何产生或随时间发生变化是解释生命进化故事的关键。胎生动物、栉水母、海绵和其他非传统模式动物蕴藏着我们刚刚开始揭开的秘密，"该研究的通讯作者、基因组调控中心初级组组长、ICREA研究教授ArnauSebé-Pedros总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385699.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385699.htm

生物 3D 打印神经构建体用于复杂组织再生 上海团队取得新进展

生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生上海团队取得新进展近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁带领研究团队，在生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生方面取得新进展。研究团队基于锂、钙、硅元素的促神经分化及神经保护作用，开发了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并将其与神经干细胞结合，通过生物3D打印技术制备一种功能化的神经构建体。研究发现LCS基生物墨水释放的多种活性离子能够通过PI3K-AKT通路促进神经干细胞向神经元方向分化并诱导神经元成熟，展现出优异的神经调控活性。(澎湃新闻)

用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长

用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长研究人员利用人体气管细胞制造出了微小的生物机器人，它们可以自行移动并协同工作，促进受损神经元的愈合，而无需修改基因。这种微型机器人有可能改变再生医学和疾病治疗。此前，塔夫茨大学与佛蒙特大学合作，利用青蛙胚胎细胞创造了一种多细胞生物机器人，名为"Xenobot"，能够导航、记录信息和自我修复。当时，研究人员还不确定这些能力是否因为Xenobot是用青蛙细胞制造的，或者是否可以用其他物种的细胞制造生物机器人。在目前的研究中，研究人员希望了解是否可以将细胞从其自然环境中移除，并重新组合成不同的"身体计划"，以执行其他功能。他们发现，使用成人人类细胞可以制造出机器人，无需进行基因改造，而且能力更强。该研究的第一作者和通讯作者吉泽姆-古穆斯卡亚（GizemGumuskaya）说："我们想探究细胞除了在体内创建默认功能外还能做些什么。通过重新编程细胞之间的相互作用，可以创建新的多细胞结构，这就好比石头和砖块可以排列成不同的结构元素，如墙壁、拱门或柱子。"他们首先从人体气管表面提取气管细胞，然后开发出一种新的方案，利用支气管上皮祖细胞现有的能力，形成带有纤毛的多细胞球体，纤毛是一种微小的毛发状结构，可以振动移动。他们修改了这一过程，以产生纤毛包裹的球体；也就是说，纤毛结构位于球体外部而非内部。几天之内，这种被研究人员称为"Anthrobots"的新型细胞在纤毛的驱动下开始移动。这些机器人完全长成后大小从30微米到500微米不等，有的呈球形并完全被纤毛覆盖，有的则呈不规则或足球状，纤毛覆盖不均匀。纤毛的分布决定了机器人的运动方式，它们或在直线或曲线路径上循环或摆动。Anthrobots通常在实验室条件下存活45至60天，然后自然降解。"Anthrobots可以在实验室培养皿中自我组装，"Gumuskaya说。"与Xenobots不同，它们不需要镊子或手术刀来塑造形状，我们可以使用成人细胞，甚至是老年患者的细胞，而不是胚胎细胞。它完全可以扩展--我们可以并行生产成群的这些机器人，这是开发治疗工具的良好开端。"不同大小和形状的Anthrobots群GizemGumuskaya/塔夫茨大学研究人员在实验室培养皿中培养了一层二维人类神经元，然后用一根细金属棒划伤细胞，制造出一个没有细胞的"伤口"。他们将一群Anthrobots机器人放入培养皿中，观察它们在神经元表面移动的情况。这些机器人促进了新细胞的生长，填补了伤口造成的空隙，并形成了与健康细胞一样粗的神经元桥。在没有Anthrobots的伤口处，神经元没有生长。另一位通讯作者迈克尔-莱文（MichaelLevin）说："我们在实验室中构建的细胞组合体可以拥有超越它们在体内的功能。正常患者的气管细胞在不改变其DNA的情况下，可以自行移动并促进神经元在受损区域的生长，这令人着迷，也完全出乎意料。我们现在正在研究这种愈合机制是如何工作的，并探索这些构建体还能做些什么"。使用人体细胞的优势之一是能够利用患者自身的细胞构建机器人，在不引发免疫反应或不需要服用免疫抑制剂的情况下完成治疗工作。这种机器人的进一步发展可能会带来其他应用，比如清除动脉中的斑块积聚、修复受损的脊髓或视网膜神经、识别细菌或癌细胞，或向目标组织输送药物。从理论上讲，Anthrobots可以帮助愈合组织，同时输送促进再生的药物。这项研究发表在《先进科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401209.htm

科学家开发出标记技术"NeuM" 可实时监测神经元的变化

科学家开发出标记技术"NeuM"可实时监测神经元的变化韩国科学技术院（KIST）脑科学研究所的KimYunKyung博士领导的研究团队与浦项科技大学ChangYoung-Tae教授的团队合作，宣布开发出名为NeuM的新一代神经元标记技术。NeuM（神经元膜选择性）可选择性地标记神经元膜，使神经元结构可视化，并可实时监测神经元的变化。韩国科学技术院金润京博士团队的研究人员正在利用下一代神经元标记技术"NeuM"，对神经元进行实时可视化，并检查高分辨率图像。资料来源：韩国科学技术院神经元不断改变其结构和功能，将信息从感觉器官传递到大脑，从而调节思维、记忆和行为。因此，要克服神经退行性疾病，就必须开发能选择性标记活体神经元以进行实时监测的技术。然而，目前常用于观察神经元的基于基因和抗体的标记技术，由于依赖于特定的基因表达或蛋白质，存在准确性低和难以长期追踪的问题。NeuM是研究小组通过对神经元细胞进行分子设计而开发的，与神经元膜具有极佳的结合亲和力，可对神经元进行长期跟踪和高分辨率成像。NeuM中的荧光探针利用活细胞的活性与神经元膜结合，在特定波长光的激发下发出荧光信号。这种神经元膜可视化技术允许对神经元终端结构进行详细观察，并对神经元分化和相互作用进行高分辨率监测。选择性标记神经元膜的分子设计。资料来源：韩国科学技术院NeuM是第一种通过活体神经元的内吞作用对细胞膜进行染色的技术，它对活体细胞具有选择性反应，排除了未内吞的死细胞。此外，研究团队还成功地将神经元的观察时间从短短6小时延长至72小时，从而能够捕捉活体神经元在较长时间内随环境变化而发生的动态变化。NeuM有望为目前尚无特效疗法的神经退行性疾病的研究和治疗开发提供洞察力。包括阿尔茨海默氏症在内的这些疾病是由于淀粉样蛋白等有毒蛋白质的产生和炎症物质的涌入造成神经元损伤的结果。NeuM对神经元变化的精确观察可有效促进对候选治疗化合物的评估。金博士表示："此次开发的NeuM可以区分衰老和退化的神经元，成为阐明大脑退化性疾病机制和开发治疗方法的重要工具。"他进一步补充说："未来，我们计划改进NeuM，通过设计荧光波长来区分绿色和红色等颜色，从而更精确地分析神经元。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428464.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428464.htm

将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复

将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复中风或其他脑血管疾病导致脑部血流不畅后，神经元要么受损，要么死亡，造成特有的生理和心理缺陷。现在，日本九州大学的研究人员将大脑的主要免疫细胞小胶质细胞转化为神经元，从而恢复了受中风影响的小鼠的运动功能。该研究的通讯作者中岛健一说："当我们被割伤或骨折时，我们的皮肤和骨骼细胞可以复制，从而治愈我们的身体。但我们大脑中的神经元却不容易再生，因此损伤往往是永久性的。因此，我们需要找到新的方法来安置失去的神经元。"研究人员从之前的研究中得知，在健康小鼠的大脑中，小胶质细胞可以被诱导发育成神经元。中风后，负责清除受损或死亡脑细胞的小胶质细胞向受伤部位移动并迅速复制。该研究的第一作者入江隆说："小胶质细胞数量丰富，而且正好位于我们需要它们的地方，因此它们是理想的转化目标。"研究人员通过暂时阻断右侧大脑中动脉诱导小鼠中风，大脑中动脉是大脑中的主要血管，通常与人类中风有关。一周后，研究人员观察到小鼠的运动功能出现障碍，纹状体中的神经元明显减少，而纹状体是大脑中参与决策、行动规划和运动控制的区域。他们使用慢病毒--一种用作病毒载体的亚类逆转录病毒--将DNA插入中风损伤部位的小胶质细胞。DNA中含有产生NeuroD1的指令，NeuroD1是一种诱导神经元转换的蛋白质。在随后的几周里，这些细胞发育成了神经元。在小胶质细胞中产生NeuroD1蛋白可诱导它们发育成神经元（红色），减少神经元缺失区域（暗斑）。DNA植入三周后，小鼠的运动功能得到改善。到八周时，新诱导的神经元已成功融入大脑回路。当研究人员移除新神经元时，运动功能的改善消失了，这证实了新神经元对小鼠的康复做出了直接贡献。中岛说："这些结果很有希望。下一步是测试NeuroD1是否也能有效地将人类小胶质细胞转化为神经元，并确认我们将基因插入小胶质细胞的方法是安全的。"由于小鼠是在中风后的急性期接受治疗的，此时小胶质细胞已经迁移到损伤部位，因此研究人员下一步计划观察他们是否能在后期阶段让小鼠产生康复效果。该研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391667.htm

新发现挑战基础生物学长期以来关于 "第二大脑"的观点

新发现挑战基础生物学长期以来关于"第二大脑"的观点肠道神经系统（ENS）通常被称为"第二大脑"，在消化、免疫以及与大脑交流方面发挥着至关重要的作用。研究人员发现，肠神经系统的发育在出生后仍在继续，其中包括来自中胚层的神经元，这对长期以来的科学观点提出了挑战，并为衰老和胃肠道疾病的潜在新疗法开辟了道路。ENS的功能对生命至关重要，其作用远远超出了消化，因为它调节免疫力、肠道分泌物，并实现肠道与大脑之间复杂的双向交流。这就是为什么快乐的肠道与快乐的大脑共存，为什么消化问题会导致情绪和行为的变化。自20世纪中期以来，科学家们一直认为，ENS在出生前由神经嵴衍生而来，出生后保持不变。现在，贝斯以色列女执事医疗中心（BIDMC）的研究人员在《eLife》杂志上发表了一篇论文，提出了一种全新的范式，描述了在小鼠和人体组织样本中ENS在出生后继续发育的途径。这一发现推翻了数十年来神经科学和ENS基础生物学的科学教条，首次证明了大量出生后的肠道神经元起源于非外胚层和中胚层。研究结果表明，这些神经元与健康和疾病中的ENS成熟和衰老息息相关。"这些结果首次表明，中胚层是人体第二大神经系统神经元的重要来源，"BIDMC的科学家、哈佛医学院医学科学部助理教授SubhashKulkarni博士说。"我们是如何成熟和衰老的，这对我们了解快速老龄化人口的健康和疾病至关重要。中胚层系神经元比例的增加是成熟和衰老的自然结果；此外，可以预期这一系神经元对疾病具有独特的脆弱性"。Kulkarni及其同事利用转基因小鼠模型、高分辨率显微镜和遗传分析，分析了成年小鼠和人体组织中的ENS神经元群。利用小鼠模型，研究小组发现，虽然出生后早期的ENS细胞来自预期的神经嵴系，但随着动物的成熟，这种模式迅速发生了变化。库尔卡尼及其同事记录了一个新的肠神经元群体的到来和不断扩大，该群体源自中胚层--产生肌肉和心脏细胞的同一系。这一新发现的中胚层衍生神经元群体随着年龄的增长而扩大，在青春期小鼠中占所有肠道神经元的三分之一，在成年小鼠中占所有肠道神经元的一半，最终在衰老小鼠中超过了原来的神经嵴衍生肠道神经元群体。通过评估这些神经元的分子特征，研究小组发现了新的细胞标记物，这些标记物可用于识别人类肠道组织中的中胚层衍生神经元群体。这些标记还提供了药理学靶点，研究人员利用这些靶点不仅操纵了青春期小鼠肠道中胚层神经元的比例，还降低了它们在衰老小鼠肠道中的主导比例，从而治愈了与年龄相关的肠道运动减慢。库尔卡尼补充说："我们现在可以努力了解如何将这些发现转化到人体系统中，为衰老患者提供疾病调节疗法，这些患者的主诉通常包括消化道疾病。通过推翻神经科学最大的教条之一，我们现在正处于未知领域，同时也有巨大的机会来了解神经元这一隐藏的基础、转化和临床生物学。新发现的神经元谱系为我们提供了潜在的新药靶点，可以帮助大量患者。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382617.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382617.htm