美国科学家日前在动物大脑内植入由胚胎干细胞培育的神经细胞后发现，它能够与其原来的神经细胞进行成功联接整合。此研究成果已经发表在1月20日出版的《神经科学》杂志上。
健康大脑细胞之间的联接是稳定和精确的，这样才能确保动物正常行为的进行。这一新发现首次表明，干细胞不仅可以培育成为特定的脑细胞，而且这些由干细胞培育出来的脑细胞还能精确地进行联接。
由斯坦福大学医学院(Stanford Medical School)的詹姆斯魏曼（James Weimann）博士领导的这支神经科学家组成的小组，在这项研究中将目光集中在大脑皮层内传送信息的细胞上，其中一些细胞负责对肌肉的控制。患有脊髓损伤和肌萎缩侧索硬化症（ALS）的动物个体将会导致这些脑细胞损伤或者丢失。魏曼表示：“实验证实，这些由干细胞培育出来的脑细胞能够长出联连大脑皮层和脊髓的神经纤维。”
为了让新细胞能够成功在大脑里面进行联接，研究人员首先必须将非专业化的干细胞培育成大脑皮层的特定细胞。他们将胚胎干细胞放在培养皿中进行培育，直到这些细胞显示出与成熟的神经细胞相同的许多特征。然后研究人员将培育出来的神经细胞移植到新生小鼠的大脑中，具体而言，是将神经细胞移植到大脑皮层负责视觉、触觉和运动的区域中。
直到现在，如何使这些移植细胞进行正确的联接，一直是神经系统移植治疗中的一个根本性的问题。在这种情况下，首先要保证将这些细胞移植到恰当的地方，这样这些细胞在成熟后才能在适当的大脑结构内进行联接。比如，正确移植到视觉皮层的细胞通常会联接到大脑深处的上丘和脑桥位置，而不会联接到脊髓里。而移植到脑皮层运动区的细胞会跟脊髓进行联接而不是上丘和脑桥。
虽然没有参与这项研究，但是干细胞生物学领域专家马亨德拉（Mahendra Rao）对研究成果进行了肯定，他表示：“该研究证实了移植的脑细胞可以在年幼动物中进行联接。”研究人员还将用于培训可移植细胞的两种方法进行了比对，但是仅有其中一种方法达到了预期的效果。马亨德拉说：“研究人员获得了一种如何培育出合适移植脑细胞的方法，这为让这些细胞发挥实际应用迈出了一大步。
目前研究人员正在成年小鼠身上进行试验，以探讨成年小鼠大脑内植入由胚胎干细胞培育的神经细胞，是否也会与其原来的神经细胞进行成功联接，如果取得肯定的效果，将会进一步在人脑内进行试验。魏曼以及他的同事们也希望弄清楚这些移植的细胞是如何“知道”采取正确的方法进行联接的，以及这些联接是否会产生正确的行为，比如引起视觉和运动方面的相关反应。
英文原文原始出处及摘要：
The Journal of Neuroscience, January 20, 2010, 30(3):894-904; doi:10.1523/JNEUROSCI.4318-09.2010
Murine Embryonic Stem Cell-Derived Pyramidal Neurons Integrate into the Cerebral Cortex and Appropriately Project Axons to Subcortical Targets
Makoto Ideguchi,1 Theo D. Palmer,2 Lawrence D. Recht,1 and James M. Weimann1
1Departments of Neurology and 2Neurosurgery, Stanford Medical School, Stanford, California 94305
Although embryonic stem (ES) cells have been induced to differentiate into diverse neuronal cell types, the production of cortical projection neurons with the correct morphology and axonal connectivity has not been demonstrated. Here, we show that in vitro patterning is critical for generating neural precursor cells (ES-NPCs) competent to form cortical pyramidal neurons. During the first week of neural induction, these ES-NPCs begin to express genes that are specific for forebrain progenitors; an additional week of differentiation produces mature neurons with many features of cortical pyramidal neurons. After transplantation into the murine cerebral cortex, these specified ES-NPCs manifest the correct dendritic and axonal connectivity for their areal location. ES-NPCs transplanted into the deep layers of the motor cortex differentiate into layer 5 pyramidal neurons and extend axons to distant subcortical targets such as the pons and as far caudal as the pyramidal decussation and descending spinal tract and, importantly, do not extend axons to inappropriate targets such as the superior colliculus (SC). ES-NPCs transplanted into the visual cortex extend axons to the dorsal aspect of the SC and pons but avoid ventral SC and the pyramidal tract, whereas cells transplanted deep into the somatosensory cortex project axons to the ventral SC, avoiding the dorsal SC. Thus, these data establish that ES-derived cortical projection neurons can integrate into anatomically relevant circuits.
