简介

在本文中，您将了解到什么神经元(new-rons)的特点以及科学家和医生们希望它们能被用来帮助修复脑损伤中枢神经系统．中枢神经系统由大脑和脊髓组成。图1)．神经元是包含在这些结构中的特殊细胞。大脑和脊髓对于身体的各种活动都非常重要，比如运动、呼吸、思考和感觉疼痛，当大脑或脊髓受伤时，会给人带来严重的问题。这篇文章将解释如何使用神经元来帮助修复这些损伤，也会教你干细胞以及如何在实验室中改变某些类型的干细胞，帮助它们成为神经元，然后可以用来帮助中枢神经系统受伤的人。最后，本文将讨论由干细胞制成的神经元已经如何被使用，以及医生和科学家们希望它们在未来如何被使用。

什么是神经元?

神经元是神经系统中主要的通讯细胞类型。每个神经元都有一个细胞体，细胞体通过制造蛋白质和能量(图1)．细胞体还充当细胞的大脑，因为它处理所有传入的信息并告诉神经元该做什么。从细胞体，长轴突(轴状突起)和树突分支向其他细胞发送和接收信息。在轴突的末端，有一种结构叫做终端剑头，看起来像小疙瘩。末端钮扣与其他神经元的树突接触，形成特殊的连接，称为突触(sin-ap-sez)。当神经元彼此交谈时，它们会发送电子或化学信息，导致下一个神经元发出信号动作电位(信号)沿轴突向下。通过这种方式，信号可以沿着一整条神经元链发送。为了加速信号传递，许多神经元被称为髓鞘，类似于电线的绝缘方式。在你的大脑中，你的神经元帮助你学习阅读、写作、骑自行车、形成记忆，甚至拥有情感。神经元是构成我们的基石，它让大脑中许多复杂的过程得以发生。神经元信号也可以从你的大脑通过脊髓传播很长一段距离，告诉你的肌肉移动你的胳膊和腿。还有一些神经元可以将皮肤上的触摸信息传回大脑。

神经元如何用于治疗神经系统疾病?

在许多神经系统疾病中，神经元受损并死亡。科学家称这一过程为神经退化(new-ro-dee-gen-ner-ay-shon)。最大的神经退行性疾病是阿尔茨海默病和帕金森病。在阿尔茨海默病中，神经退行性疾病会导致人们健忘。在帕金森氏症中，大脑中负责运动的部分神经元丢失了，这使得这些患者难以行走和移动。如果某人摔了一跤或出了车祸，神经元也会受伤。如果头部受到影响，我们称之为创伤性脑损伤．如果脊髓受到影响，我们称之为创伤性脊髓损伤．神经元的缺失破坏了神经系统中传递的信息链，而这是正常功能所必需的。

神经退行性疾病和中枢神经系统损伤的一种可能的治疗方法是通过神经移植来替代死亡或受损的神经元细胞移植．如果新的神经元可以取代失去的神经元，患者可能能够恢复记忆或运动等功能;然而，还有一些重要的挑战需要克服。首先，从身体中收集神经元用于治疗并不容易。大脑和脊髓中的神经元数量有限，这两个区域都是很难进入的，而且大多数神经元都不会再长出来。其次，神经元并不是唯一受神经退行性变影响的细胞。神经系统中还有其他细胞叫做神经胶质细胞它们围绕在神经元周围，为神经元提供支持、保护和营养。神经胶质细胞也会因疾病和损伤而丢失。

什么是多能干细胞?

为了克服这些障碍，研究人员研究了一种叫做干细胞的特殊细胞，它可以做两件重要的事情。干细胞可以自我更新，这意味着它们可以不断地复制自己;干细胞可以区分(dif-ur-en-shee-ate)，这意味着它们可以转化为其他类型的细胞。第一个研究干细胞的是胚胎干细胞(ESC)。ESCs是多能，这意味着它们可以分化成任何身体细胞的类型，从心脏细胞到脑细胞再到肌肉细胞(图2)．然而，ESCs不能用你自己的细胞制造——它们必须来自胚胎，因此细胞的来源是有限的。1］．最近，科学家们发现，通过添加向细胞发送信号的特定分子，可以从身体的任何细胞中制造出具有类似ESCs特性的干细胞。这些细胞被称为诱导多能干细胞(万能)2］．iPSCs很有用，因为它们具有ESCs的所有功能，但它们可以由人自己的细胞制成[3.］．此外，诱导多能干细胞可以由皮肤细胞制成，这很容易获得，不需要手术，而且有大量的皮肤细胞可用。

什么是神经干细胞?

神经干细胞通常在大脑和脊髓内。NSCs是特化的干细胞，可以分化为中枢神经系统的细胞类型，包括神经元和神经胶质细胞(图2)．科学家们现在已经找到了使用ESCs和iPSCs制造NSCs的方法，同样是通过使用向细胞发送特定信号的分子(图3)．在过去的几年里，令人兴奋的研究也发现了直接从身体中的任何其他细胞中制造NSCs的方法，而不需要经过iPSC阶段——这些被称为直接重编程NSCs。直接重新编程的NSCs可以使用化学混合物或编辑细胞的DNA来制造。这非常令人兴奋，因为这意味着我们有几乎无限的NSCs供应，它们可以成为修复中枢神经系统所需的神经元和胶质细胞。

今天科学家如何制造iPSCS、NSCs和神经元?

人体内的所有细胞都是细胞分裂的产物，这种分裂是从第一个细胞开始的，称为细胞分裂受精卵（图2)．受精卵分裂，然后每个新细胞分裂，这种过程持续进行，直到身体的所有细胞都形成。人体内的细胞是干细胞和分化的特化细胞的混合体。在中枢神经系统内，多能干细胞转化为NSCs，然后转化为神经元和神经胶质细胞。这一复杂的途径由一系列非常特定的蛋白质引导，这些蛋白质与DNA区域结合，从而影响其他蛋白质的功能[4］．所有这些相互作用都会导致细胞特性的改变。为了产生正确类型的中枢神经系统神经元，这些蛋白质应该以特定的模式和组合表达。制造神经元在体外(在实验室的培养皿中)，我们需要复制所有发生的步骤和时间在活的有机体内(在身体里)。为了做到这一点，科学家们从患者的细胞(通常是皮肤或血细胞)中制造iPSCs [2］．然后，这些细胞被分化在体外使用相同的信号蛋白和分子进入NSCs在活的有机体内．在此之后，NSCs被纯化，并被允许分裂，直到产生大量的NSCs。然后，加入新的信号分子和蛋白质，再次模仿体内发生的情况，将细胞分化为神经元和神经胶质细胞。整个过程需要几个月的精心计划。在每一步中，使用各种技术检查细胞的身份，以确保分化过程按预期进行。最终的细胞产品可以在实验室中用于研究神经系统损伤或作为治疗的一部分临床试验(在病人志愿者中进行的严密监测实验)。

干细胞制造的神经元是如何被使用的?

诱导多功能干细胞是一种有用的细胞来源，因为它们可以由它们将被用于治疗的同一个人的细胞制成(这些细胞称为诱导多功能干细胞)自发的万能)．由于这一研究领域非常新，首次使用自体诱导多能干细胞的临床试验仍处于计划阶段。然而，我们仍然可以使用iPSCs细胞在实验室中研究一些重要的事情。例如，iPSCs和由它们制成的神经元被用于研究神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、创伤性损伤和抑郁症体外。当细胞在实验室中被用来研究一种通常发生在体内的疾病时，这被称为疾病模型。这些类型的细胞模型很重要，因为它们可以用人类细胞制成，比动物细胞更容易获得，使用成本也更低。事实上，最近的一项研究使用了阿尔茨海默病患者的iPSCs，并将其制成三维细胞模型[5］．研究人员表明，在细胞模型中有异常蛋白质的积累，就像在大脑中发生的一样在活的有机体内疾病。因此，使用该模型，可以在这些异常细胞上测试不同的治疗药物，以确定最佳的治疗方法。

来自干细胞的神经元也被开发成细胞替代疗法，在疾病的动物模型中进行测试。例如，科学家正在将由iPSCs制成的NSCs移植到大鼠体内，以修复损伤后的脊髓(图4)．这使得科学家们能够在干细胞用于人体临床试验之前发现并解决一些重要问题。动物模型也使科学家能够将不同的治疗方法与干细胞结合起来，以获得可能的最佳结果[6］．科学家们目前正在研究的一些问题包括提高干细胞移植后的存活率，以及找到鼓励移植细胞与患者神经元建立连接的方法[7］．

干细胞制造的神经元在未来会如何应用?

自从发现了将ESCs和iPSCs转化为NSCs和神经元的方法以来，人们对如何将其用于治疗大脑和脊髓疾病感到非常兴奋。在未来的10到20年里，我们期望科学家们能弄清楚如何使NSCs和神经元在移植到患者体内后更好地存活。我们还希望找到新的方法，将移植细胞与接受治疗的人或动物的神经元连接起来。这些进展可能使我们能够利用干细胞成功地治疗帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化症、创伤性脑损伤、中风、脊髓损伤以及其他一长串影响人类的问题。然而，成功治疗这些疾病的目标不是一个人就能实现的。为所有这些不同的问题找到基于干细胞的治疗方法需要世界各地的人的合作，包括科学家、医生、资助研究的政府、愿意参与临床试验的患者，以及帮助培养大量干细胞的公司。这项工作还可以利用下一代年轻科学家的帮助，他们可以为该领域带来新的想法，并帮助推进这项研究。

重点总结

• 神经元是神经系统中主要的通讯细胞类型
• 当神经元死亡或受损时，其中一些可以通过细胞移植来替代
• 研究人员更喜欢移植干细胞而不是神经元，因为干细胞可以自我更新，它们可以分化成不同的细胞类型
• iPSCs和NSCs可以由皮肤细胞和血细胞制成，使用一系列特殊的蛋白质作为信号分子
• 研究人员正在使用干细胞来模拟神经退行性疾病，并开发细胞替代疗法

术语表

神经元：↑中枢神经系统中主要的交流细胞类型。

中央：↑大脑:控制我们所有思想和行动的器官系统;大脑和脊髓。

阀杆：↑特化细胞，可以繁殖和转变成不同的细胞类型。

神经胶质：↑中枢神经系统的细胞，围绕神经元提供支持、保护和营养

自我：↑不断地复制自己。

区分：↑转化成其他类型的细胞。

多能：↑分化能力:分化成体内任何类型细胞的能力

诱导：↑通过添加特定的信号分子，由体内任何类型的细胞制成的干细胞。

神经：↑能够自我更新但只能分化成中枢神经系统细胞的干细胞。

在体外：↑在实验室的培养皿里。

在活的有机体内：↑在身体里。

利益冲突声明

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

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参考文献

[1]↑莫德，A. J.和塔特，C. H. 2013。神经干/祖细胞移植治疗脊髓损伤综述。Int。神经科学，31:701-13。doi: 10.1016 / j.ijdevneu.2013.07.004

[２]↑高桥，K.，田边，K.，大树，M.，成田，M.，一坂，T.，友田，K.等。2007。确定因子诱导成人成纤维细胞多能干细胞。细胞131:861 - 72。doi: 10.1016 / j.cell.2007.11.019

[3]↑Khazaei, M.， Ahuja, C. S.和Fehlings, M. 2016。诱导多能干细胞治疗外伤性脊髓损伤。前面。细胞。《生物学》4:152。doi: 10.3389 / fcell.2016.00152

[4]↑萨德勒，t.w.， 2005。神经管发育的胚胎学点。J.医学热内。C Semin。热内医学，135C: 2-8。doi: 10.1002 / ajmg.c.30049

［5］↑李，H. K，委拉斯克斯·桑切斯，C.，陈，M.，莫林，P. J.，威尔斯，J. M.，汉龙，E. B.等。2016。基于分化诱导多能干细胞的阿尔茨海默病三维神经球体模型。PLoS One 11:e0163072。doi: 10.1371 / journal.pone.0163072

[6]↑Zweckberger, K.， Ahuja, C. S.， Liu, Y.， Wang, J.和Fehlings, m.g. 2016。自组装肽优化创伤后环境并协同增强颈脊髓损伤后神经干细胞治疗的效果。生物学报，42:77-89。doi: 10.1016 / j.actbio.2016.06.016

[7]↑Ahuja, C. S.， Wilson, J. R.， Nori, S.， Kotter, M. R. N.， Druschel, C.， Curt, A.等。2017。创伤性脊髓损伤。Nat. Rev. Dis. primer 3:17018。doi: 10.1038 / nrdp.2017.18