神经芯片：从神经元到脑研究的新技术

神经芯片技术是一种将神经元或脑组织与场效应晶体管技术结合起来研究神经元电活动和大脑学习记忆等高级功能的新技术。该技术具有无损伤检测及长时程记录的优点，是研究活体培育的神经元或神经元集群在不同外加刺激下的动力学过程的好方法，也是研究神经发育及神经损伤修复的强有力的工具。从其原理、结构、信号检测和脑片硅芯片技术等几个方面介绍神经芯片技术的最新研究进展。     

神经芯片:从神经元到脑研究的新技术

神经芯片技术是一种将神经元或脑组织与场效应晶体管技术结合起来研究神经元电活动和大脑学习记忆等高级功能的新技术。该技术具有无损伤检测及长时程记录的优点,是研究活体培育的神经元或神经元集群在不同外加刺激下的动力学过程的好方法,也是研究神经发育及神经损伤修复的强有力的工具。从其原理、结构、信号检测和脑片硅芯片技术等几个方面介绍神经芯片技术的最新研究进展。     

海藻酸钙微胶珠培养神经干细胞研究

神经干细胞作为一种具备自我更新及多向分化潜能的细胞,已经引起国内外研究者的高度关注。神经干细胞的发现、研究与应用,将在治疗神经系统疾病以及神经损伤的修复中起到重要作用,但是神经干细胞的来源受限及数量不足是临床应用的最大障碍。采用三维动态培养从而实现神经干细胞大规模扩增是解决其数量不足的有效方法。但是,在三维动态搅拌条件下,剪切力对细胞的损害是非常大的。考虑到海藻酸钙微胶珠在细胞培养领域的应用,如果把神经干细胞包囊到微胶珠中进行动态培养,将会避免剪切力对干细胞的损伤,因此是一个非常值得期待的干细胞培养方式。本研究在静态条件下,采用海藻酸钙微胶珠作为神经干细胞的3D培养手段,对成囊工艺进行了探索,以确定适于培养神经干细胞的最佳胶珠制备工艺。通过微胶珠内部的扩散传质模型,研究了微胶珠制备工艺中各参数对其扩散系数(D)的影响,找出微胶珠最佳制备工艺参数为:直径2mm,1.5%(wt%)海藻酸钠滴入3.5%(wt%)CaCl2中,反应时间10min。确定上述工艺后,对小鼠神经干细胞进行了不同包囊密度条件下的培养,得到包囊神经干细胞的最佳密度为0.08×106cells.mL-1。此外,本研究还对海藻酸钙微胶珠培养的神经干细胞进行了nestin等特异性蛋白的免疫荧光化学染色,结果为阳性,表明所培养的神经干细胞能够保持其干细胞的特性。本研究结果表明,采用优化参数制备的海藻酸钙微胶珠是培养神经干细胞的有效手段。同时也为动态微囊培养神经干细胞打下了良好基础。     

神经干细胞向神经元诱导和分化的研究

为探讨无血清条件下联合应用bFGF、PDGF、RA、HRG、Forskolin对大鼠神经干细胞诱导分化的作用,本研究采用体外分离、培养神经干细胞,传2~3代后,联合应用因子体外诱导神经干细胞分化等方法;通过Ⅱ型微管相关蛋白(MAP2)和S100抗体免疫荧光染色鉴定分化的细胞;图像分析系统测量神经元样细胞的参数;全细胞膜片钳技术记录分化后细胞的钠电流。结果显示:MAP2阳性神经元样细胞所占比例,联合因子组明显高于血清组(P<0.05);胞体面积及周长、突起的长度,联合因子组明显高于血清组和bFGF组(P<0.05)。另外,联合因子组中80%形态似神经元样的细胞能诱发电压依赖性的Na+通道电流。以上结果表明在体外无血清条件下联合应用bFGF、PDGF、RA、HRG、Forskolin对大鼠神经干细胞向神经元定向诱导分化是可行的,分化的神经元比例高,且细胞更具有神经电生理特性。     

初生大鼠前脑基底某些神经核区和视网膜的神经元在培养中相互作用的研究

为研究早老性痴呆病时前脑基底部老年斑块和神经原纤维缠结病变发生的原因,本实验采用分离脑神经细胞体外培养和MTT微量比色法,观察了新生大鼠前脑基底的杏仁核(A)、海马(H)、隔内侧核(S)、Meynert基底核(M)和视网膜(R)细胞生长活性和形态特点,以及它们之间的相互影响。培养3天后,MTT微量比色测定发现,分别取自两核区的细胞混合培养A+H、H+R的细胞生长明显活跃,细胞活性分别比单部位培养增加212％和270％(P<0.01);A+R、A+S、H+S和S+R混合培养也均比单部位培养分别增加157％、153％、192％和158％不等(P<0.01)。另外,不同核区的条件培养液,对细胞生长活性也有促进作用,如A的条件培养液(Ac)使H细胞生长活性增加186％(P<0.05);而Sc,Rc、Hc和Mc条件培养液均能使A区细胞生长分别提高150％、144％、137％及133％(P<0.01)。在单部位培养中,A区细胞形态多为圆形,体积较大(约15μm);H区细胞体积较小(约5～7μm)圆形为主;S区细胞体积大(约10～20μm)形态不规则;M区有大小两种细胞,大的为梭形及多角形,小的多为圆形;R细胞生长不大活跃,多为小圆细胞(5～7μm)。在各混合培养与加条件培养液培养中,生长活跃与体积大的细胞增多,并长出突起;与MTT的结果一致。这些结果表明,A区细胞的生长活性增加,可能受S、R、H、M各区所分泌的生长因子促进。     

第三脑室接触脑脊液神经元的扫描、透射和免疫电镜研究

本文应用扫描、透射和免疫电镜方法较全面地观察、比较和验证了大鼠第三脑室内的接触脑脊液神经元。实验结果表明:在第三脑室内存在接触脑脊液的神经元胞体、树突和轴突。神经元胞体为多角形、锥体形或梭形,具有神经细胞的结构特征,并首次在透射电镜下发现大鼠第三脑室内存在双极神经元。树突穿过室管膜细胞之间伸入第三脑室,末端呈蕈状或杵状膨大。轴突穿行于脑室内,含有突触囊泡。本文首次在超微结构水平证实第三脑室内接触脑脊液的树突和轴突末梢呈胆囊收缩素免疫反应阳性。上述实验结果为解释脑—脑脊液神经体液回路提供了超微结构基础。     

来自成体人胚胎神经干细胞和多巴胺神经元的基因表达谱

神经干细胞具有自我更新及多能性的特点,是理想的移植细胞来源,可用于治疗神经退化损伤性疾病如帕金森病。Ma-rei等用Agilent公司和Illumina公司的全人类基因组寡核苷酸微阵列芯片比较了人胚胎神经干细胞在培养的某单一时间点的基因表达谱,并与富含多巴胺神经元的成年黑质部位的尸检组织进行对比。在这两种检材中鉴定了13 525个上调基因,其中     

急、慢性吗啡处理对大鼠大脑皮层tau蛋白和神经微丝磷酸化水平的影响

目的:观察急、慢性吗啡处理对大鼠大脑皮质细胞骨架蛋白磷酸化水平的影响,探讨吗啡导致细胞周期依赖性蛋白激酶-5(cyclin dependent kinase-5,CDK5)过度表达与细胞骨架蛋白过度磷酸化的关系。方法:雄性SD大鼠40只,随机均分为急性对照组、急性吗啡处理组、慢性对照组、慢性吗啡处理组。急性吗啡处理组腹腔注射吗啡30mg/kg1次,慢性吗啡处理组腹腔注射吗啡10mg/kg,每天2次(时间8:00、20:00)共10d。采用免疫印迹法测定大鼠大脑皮质tau蛋白和神经微丝的磷酸化水平及CDK5、p35表达水平。结果:(1)与急性对照组比较,急性吗啡处理组tau蛋白和神经微丝磷酸化水平升高,CDK5的表达增加;(2)与慢性对照组比较,慢性吗啡处理组tau蛋白和神经微丝磷酸化水平升高,CDK5的表达无明显变化;(3)与急性吗啡处理组比较,慢性吗啡处理组tau蛋白和神经微丝蛋白磷酸化水平降低;(4)各组间p35表达水平无明显改变。结论:急、慢性吗啡处理可导致大鼠大脑皮质tau蛋白和神经微丝的异常过度磷酸化,但这种变化可能与CDK5的过度表达无关。     

胶质细胞源性神经营养因子缓释微球及NogoA,ChABC缓释微球联合应用损伤脊髓再生的形态学变化

背景：促进轴突再生的原则是改善抑制再生的环境和提高轴突生长能力,措施主要有轴突生长抑制因子阻滞剂和神经营养因子应用。用可降解微球加载药物是一种在局部提供持续药物释放的方法。 目的：探讨胶质细胞源性神经营养因子、NogoA、ChABC 缓释微球联合应用促进大鼠损伤脊髓再生病理形态学修复的作用。 方法：建立SD大鼠T10 脊髓完全横断伤模型,分别在损伤局部给予生理盐水、胶质细胞源性神经营养因子、胶质细胞源性神经营养因子缓释微球、NogoA缓释微球、ChABC 缓释微球及3种微球联合治疗,并设立未造模的正常组及假手术组。损伤后10周,每组行四甲基若丹明葡聚糖胺顺行示踪,及神经丝蛋白200、生长相关蛋白43、胶质细胞源性神经营养因子免疫组化检查,并采用免疫组化图像分析系统进行定量分析。 结果与结论：胶质细胞源性神经营养因子、NogoA、ChABC 缓释微球联合能提高脊髓损伤局部神经丝蛋白200、生长相关蛋白43、胶质纤维酸性蛋白的表达水平,显示局部脊髓再生修复加强,其效果优于单用胶质细胞源性神经营养因子缓释微球。提示,胶质细胞源性神经营养因子缓释微球及NogoA,ChABC 缓释微球联合促大鼠损伤脊髓再生修复其效果优于单用胶质细胞源性神经营养因子缓释微球。     

星形细胞肿瘤微血管组织芯片的构建和微血管壁组成细胞研究

目的初步探讨人脑星形细胞肿瘤中新生微血管的管壁组成成分与微血管构筑异质性(tumor microvascular architecturphenotype heterogeneity,T-MAPH)之间的关系。方法收集45例人脑星形细胞肿瘤标本,选择其新生微血管形态不同的“热点区域”制备组织芯片;在此基础上采用免疫组织化学染色技术分别进行GFAP、CD34和α-SMA标记,观察微血管管壁组成细胞的免疫表型与其不同形态特征之间的关系。结果成功构建了含幼稚微血管、厚壁微血管、肾小球样微血管及薄壁、蛇行状微血管等各种形态特征的153点组织芯片;各种形态的微血管中均可检测到呈单层排列、位于微血管最内层的CD34阳性的内皮细胞;α-SMA阳性反应可见于内皮细胞外相当于周细胞处,其阳性表达范围及数目在不同形态的微血管中呈现多样性:幼稚微血管仅见少量表达,而在厚壁和“肾小球样”微血管中α-SMA阳性细胞多呈活跃增生的单层或多层。结论星形细胞瘤微血管形态构筑的多样性(异质性)是由内皮细胞和α-SMA阳性周细胞共同参与形成的,而后者的作用可能更为突出和重要。     

Microfluidic ELISA: On-Chip Fluorescence Imaging

Fluorescent reactions of a heterogeneous sandwich enzyme-linked immunoassay (ELISA) in an all-PDMS [poly (dimethylsiloxane)] microfluidic device were detected using a cooled charge coupled device (CCD) camera interfaced with an epifluorescence microscope. The study represents preliminary efforts to integrate biochemical reactions and detection on-chip using the "hybrid" detection approach. In initial experiments, the PDMS chip microsensor was successfully used to quantify a model analyte (sheep IgM) with sensitivity down to 17nM. Thus, we demonstrate here the extension of this hybrid integrated technique to on-chip imaging and quantification of light emission from a biochemical immunoassay in PDMS chip.     

Stem cells and cancer: an intimate relationship

Tumour-wide 'omics' approaches have long held sway as the approach to identifying useful therapeutic targets. This view is changing with the realization that many, if not all, cancers contain a minority population of self-renewing stem cells, the cancer stem cells, which are entirely responsible for sustaining the tumour as well as giving rise to proliferating but progressively differentiating cells that are responsible for much of the cellular heterogeneity that is so familiar to histopathologists. Moreover, although many tumours probably have their origins in normal stem cells, persuasive evidence from the haematopoietic system suggests that genetic alterations in more committed progenitor cells can reactivate the self-renewal machinery, resulting in a further source of cancer stem cells. Thus, the bulk of the tumour is not the problem, and so the identification of cancer stem cells and the factors that regulate their behaviour are likely to have an enormous bearing on the way that we treat neoplastic disease in the future.     

3D打印与组织工程技术在气管替代治疗中的应用与热点

背景:由于缺乏满意的气管替代物,功能性气管重建仍然是一个外科挑战。目的:综述组织工程气管支架的研究热点、临床应用及主要存在的问题。方法:以"3D Printing,tissue-engineered trachea,trachea reconstruction,tracheal replacement;3D打印气管,组织工程气管,气管重建,气管替代"为关键词,检索PubMed、Medline、万方数据库2004至2019年发表的相关文献,共纳入47篇文献进行分析总结。结果与结论:目前气管重建的方式主要有人工气管移植、同种异体移植、自体组织移植和组织工程气管移植。人工气管移植通常引起气管破裂、感染和狭窄而导致移植失败;同种异体移植需要长期的免疫抑制治疗,移植后由于血管再生不足引起的坏死和感染往往导致死亡;自体组织复制气管结构和功能的能力有限且存在手术创伤;组织工程气管通过选择合适的支架材料,在支架中均匀地植入种子细胞,可以模拟与天然气管相似的生物结构和功能,似乎是气管替代物的理想选择。将3D打印技术与组织工程技术相结合,利用生物降解材料打印完整的气管支架,再植入间充质干细胞培育的组织工程气管,为解决长段气管缺损问题提供了新思路。     

Rapid and Efficient Assembly of Functional Silicone Surfaces Protected by PEG: Cell Adhesion to Peptide-Modified PDMS

While silicone elastomers generally have excellent biomaterials properties, their hydrophobicity can elicit undesired local biological responses through adsorption and denaturation of proteins. Surface-bound poly(ethylene glycol) (PEG) can ameliorate the situation by preventing contact between the external biology and the silicone elastomer. It is further possible to manipulate the biocompatibility of the surface by linking peptides, proteins or other biological entities to the PEG. Previous synthetic approaches to PEG-protected surfaces are compromised by issues of reproducibility. We describe two rapid and efficient approaches to silicone surface modification by PEG-linked adhesion peptides that overcome this problem: SiH groups are introduced throughout a silicone elastomer during elastomer synthesis or only at the surface after cure; then, in either case, protein-repellent PEG brushes at the surface are introduced by hydrosilylation to give surfaces that can be stored for extensive periods of time without degradation. Activation of the free alcohol with an NSC group followed by immediate conjugation to relevant biological molecules occurs in high yields, as shown for RGDS and GYRGDS. High surface grafting density of the peptides was demonstrated using radiolabeling techniques. Biological activity was demonstrated by a 5-fold increase in cell adhesion on the peptide-modified surfaces when compared to unmodified PDMS control surfaces.     

红细胞生成素激活的星形胶质细胞条件培养液对神经干细胞促分化作用及对分化后细胞的保护作用

目的 观察红细胞生成素激活的星形胶质细胞条件培养液（EACM）对神经干细胞促分化作用及对分化后细胞的保护作用。 方法 原代培养神经干细胞和1型星形胶质细胞,收集红细胞生成素(EPO)刺激的星形胶质细胞上清液,用于神经干细胞分化实验的研究。对分化后的细胞进行免疫细胞化学染色,计算其分化为神经元的比率;同时利用FeSO₄和H₂O₂制造细胞损伤模型,用EACM继续培养48h,然后检测细胞活性和存活细胞数。 结果 EACM组神经干细胞分化明显,神经元比率较星形胶质细胞上清组和对照组均有明显增加。分化后的细胞中加入H₂O₂后,继续用EACM培养的实验组吸光度(A)值和细胞存活百分比均较对照组高。 结论 红细胞生成素激活的星形胶质细胞条件培养液对神经干细胞有促其向神经元分化的作用,并对分化后的细胞有保护作用。     

Isolation of myeloid-derived suppressor cells subsets from spleens of orthotopic liver cancer-bearing mice by fluorescent-activated and magnetic-activated cell sorting: similarities and differences

Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) are a heterogeneous population of immature myeloid cells that commonly expand during tumor development and that play a critical role in suppression of immune responses. MDSCs can be classified into two groups: Mo-MDSCs and G-MDSCs. These cells differ in their morphology, phenotype, differentiation ability, and immunosuppressive activity, and inhibit immune responses via different mechanisms. Therefore, identifying an effective method for isolating viable Mo-MDSCs and G-MDSCs is important. Here, we demonstrated the differences and similarities between fluorescence-activated cell sorting (FACS) and magnetic-activated cell sorting (MACS) in sorting G-MDSCs and Mo-MDSCs. Both MACS and FACS could obtain G-MDSCs and Mo-MDSCs with high viability and purity. A high yield and purity of G-MDSCs could be obtained both by using FACS and MACS, because G-MDSCs are highly expressed in the spleen of tumor-bearing mice. However, Mo-MDSCs, which comprise a small population among leukocytes, when sorted by MACS, could be obtained at much greater cell number, although with a slightly lower purity, than when sorted by FACS. In conclusion, we recommended using both FACS and MACS for isolating G-MDSCs, and using MACS for isolation of Mo-MDSCs.     

PRKCI基因单核苷酸多态性与神经管畸形的相关性研究

目的探讨PRKCI基因单核苷酸多态性（SNP）与中国山西省神经管畸形（NTDs）发生的相关性。方法采用病例对照研究,利用MassARRAY分子量阵列分析平台,检测133例NTDs标本和135例非病理性胎儿标本PRKCI基因中17个标签SNPs的基因分型,分析其与NTDs发生的相关性。结果 17个SNPs位点中,16个的微效等位基因频率（MAF）与HapMap或dbSNP数据库的结果基本一致。除rs9876082外,其余SNPs位点的基因型分布和等位基因频率在病例组和对照组均无明显差异。rs9876082位点为纯合的微效等位基因A时,NTDs的发病率增加（P=0.035,比值比=2.135,95%可信区间=1.846-2.471）,但是调整其它变量后进行logistic回归分析,这种相关性不再明显（P=0.057）。结论 PRKCI基因rs9876082位点与NTDs的发生有弱的相关性,这种相关性需进一步加大样本进行验证,PRKCI基因可能不是通过其SNPs影响NTDs的易感性。     

BDV核蛋白在少突胶质细胞内表达定位的基础研究

目的 研究博尔纳病病毒核蛋白在转染的少突胶质细胞(oligodendroglial cell,OL)内的表达定位及其对细胞活性的影响.方法 应用RT-PCR检测转染细胞内BDVp40的基因片段,应用激光共聚焦显微镜和Western blot的方法观察核蛋白在细胞内的表达定位.应用MTT方法观察核蛋白对OL活性的影响.结果 在转染BDVp40基因片段的荧光表达质粒的OL内检测到BDVp40的基因片段;激光共聚焦显微镜提示核蛋白存在于细胞质和细胞膜中;Western blot的结果显示在细胞膜蛋白中存在核蛋白,而在细胞质中未检测到该蛋白;MTT法检测BDV核蛋白对OL活性具有明显的抑制作用.结论 通过研究转染的OL内稳定表达了BDV核蛋白,并将其定位在细胞的结构蛋白中,尤其在细胞膜中含量更为丰富,说明其可能在细胞的信号转导或介导病毒感染人胞过程中发挥关键作用.BDV核蛋白对OL的活性有抑制作用,这可能是BDV导致中枢神经系统损伤的机制之一.