研究人员整合了四个代表人类感觉途径的四个组成部分的器官,并将疼痛信号传达到大脑中。通过物质(例如辣椒素)刺激感觉器官(顶部),触发神经元活性,然后在整个器官中传播。
Pasca Lab/Stanford Medicine
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Pasca Lab/Stanford Medicine
科学家通过在菜肴中种植四个关键的人神经细胞来重新创建大脑中的疼痛途径。
该实验室模型可用于帮助解释某些疼痛综合症,并提供一种测试潜在镇痛药的新方法,斯坦福大学团队 报告 在日记中 自然。
“这很令人兴奋。” Stephen Waxman博士,耶鲁大学医学院的教授没有参与研究。
当前,通常在动物中测试前瞻性疼痛药物(其反应通常与人类的反应不同),并且在单个神经细胞中可能无法反映整个大脑网络的行为。
Waxman说,使用这个新系统(称为大脑组合体),“我们拥有一个微型神经系统,这可能是一个非常有用的平台,” Waxman说。
一条有几站的路径
该模型是努力重新创建暴露于痛苦刺激后发生的信号链的结果。 Sergiu Pașca博士,斯坦福大学的教授领导该项目。
帕卡说,触摸热炉,并在皮肤上的特殊细胞“将这些信息一直发送到脊髓。” “然后,脊髓会将其传递到大脑深处的丘脑,然后一直到大脑的外层,即皮层。”
为了近似实验室中的这一途径,Pașca的团队创建了四个不同的 脑器官,在菜肴中生长的人神经细胞的球形团。小组哄骗每个类型的类似于沿疼痛途径发现的一种特定类型的大脑或脊柱组织。
Pașca说:“然后我们将它们放在一起,真的使它们近在咫尺,并在它们相互联系时看着它们。”
在实验室中发展了六个多月后,由此产生的 组合 已经创建了一个连接四个类型器的途径。 Pașca说,神经细胞还开始自发地“以这种组装的四个部分的协调方式工作。”
辣椒和疼痛综合征
为了测试该模型,团队将其暴露于辣椒素,这是使辣椒痛苦痛苦的化学物质。
“然后,您开始看到这些信息旅行,” Pașca说。 “感知这些信号的神经元被激活,它们将这些信息传输到下一个站和下一个站,一直到皮层。”
接下来,科学家尝试使用具有与异常疼痛感知相关的遗传变异的细胞来创建组合物。
这些变体之一引起了一种罕见的条件称为 红细胞肌, 或人道综合征。
韦克斯曼说:“这些人会灼热,燃烧,烫伤疼痛,以应对温和的温暖。”
科学家发现,具有基因变体的组合物在器官之间产生了更多的自发通信,这表明对疼痛的敏感性更高。
这样的结果表明,器官已经是研究神经系统疾病及其影响途径的有用方法。 Guo-li Ming博士,宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的教授,他在新研究中也没有作用。
尽管它的复杂性, Ming补充说,菜肴中的痛苦途径是一个高度简化的人的痛苦版本。例如,人类有两个主要的途径,这些途径将疼痛信号带到大脑,而模型系统仅包括一个。
结果,该模型可以检测到痛苦的刺激,但不会产生情感反应。
他说:“因此,我们不相信我们所建立的这种途径在任何方面都会感到痛苦。”
随着科学家找到重新创建神经系统中更大且更复杂的部分的方法,这些人类细胞的这些簇可能会变得更加有价值。
例如,敏(Ming)自己的实验室开发了人类神经管的模型,该模型是胚胎中最终变成婴儿大脑和脊髓的结构。她的目标是了解神经系统疾病如何在生命早期发展。
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