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每个细胞都有一个故事要讲述脑损伤

创伤性头部损伤可在大脑中产生广泛影响,但现在科学家们可以实时了解头部损伤如何同时影响小鼠中的数千个细胞和基因。这种方法可以导致创伤性脑损伤(TBI)的精确治疗。该研究报告在Nature Communications报道,得到了美国国立卫生研究院的国家神经疾病和中风研究所(NINDS)的支持。“我们现在可以看到这些组中的个体细胞如何对头部损伤做出反应,而不是根据TBI细胞类别进行聚类反应,”NINDS项目主任Patrick Bellgowan博士说。

加州大学洛杉矶分校的教授Fernando Gomez-Pinilla博士。和杨扬博士以及他们的同事一起使用了一种名为Drop-seq的新方法来密切观察海马体内的个体脑细胞,这是一个参与学习和记忆的区域,TBI后或未受伤的对照动物。Drop-seq允许同时分析数千个细胞和基因。其创建部分由NIH通过推进创新神经技术(BRAIN)计划的脑研究资助。“这些工具为我们提供了前所未有的精确度,可以精确确定哪些细胞和基因用新疗法定位,”杨博士说。“这项研究的另一个重要方面是工作的高度协作性和多学科性。来自许多不同科学领域的许多人使这项研究成为可能。”

在一组实验中,研究小组研究了TBI对个体细胞中基因表达活性的影响。他们发现某些基因在许多不同的细胞类型中被上调或下调,表明这些基因可能在TBI中起重要作用。其中一些基因也被认为与阿尔茨海默病等疾病有关,这可能有助于解释TBI如何成为其他疾病的危险因素。例如,Drs。Yang和Gomez-Pinilla的研究小组观察到参与调节淀粉样蛋白的基因活性发生了变化,淀粉样蛋白在阿尔茨海默氏症中形成。特别是,基因组分析显示Ttr基因的活性,其参与甲状腺激素转运和脑中淀粉样蛋白的清除,在TBI后的许多细胞中增加,表明甲状腺激素途径可能是潜在的目标用于治疗。博士。Gomez-Pinilla和Yang的团队在脑损伤后1小时和6小时用甲状腺激素甲状腺素(T4)治疗动物,并且发现与接受安慰剂的动物相比,它们在学习和记忆任务方面表现更好。

该团队根据基因活动鉴定了15个细胞簇,包括两个簇,名为Unknown1和Unknown2,其细胞以前未在海马体中描述过。对这些簇的进一步分析显示,Unknown1组中的细胞参与细胞生长和迁移,未知2中的细胞参与发育过程中的细胞分化。该研究的结果还表明,尽管两个细胞可能具有相似的结构和形状,但它们的功能(如基因活性分析所示)可能不同。“我们现在知道单细胞的秘密生命,包括它们如何与其他细胞协调以及它们对受伤的脆弱程度,”Gomez-Pinilla博士说。“此外,了解哪种类型的基因,包括参与代谢的基因,涉及多种细胞类型,有助于确定可能对TBI至关重要的过程。”未来的研究将探讨TBI如何影响海马区以外的细胞。此外,需要更多的研究来了解TBI的长期影响。分析个体细胞和基因可以确定TBI的潜在疗法。

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