纳米线垫模拟脑组织：首次呈现星形胶质细胞自然形态

一种新型纳米线平台最终使星形胶质细胞得以以其真实形态生长，为了解大脑如何维持自身功能提供了更清晰的视角。

纳米线垫模拟脑组织：首次呈现星形胶质细胞自然形态

科学家们终于找到了一种方法，能够观察大脑中最难以捉摸的支持细胞在我们颅内真实的活动方式。

由约翰斯·霍普金斯大学和意大利国家研究委员会的科学家组成的团队，开发出一种新型纳米线平台，首次使星形胶质细胞 —— 这种大脑中数量最多却研究不足的细胞 —— 得以在体外以其天然的星形形态生长。

星形胶质细胞默默地支撑着大脑的一些最基本功能。它们调节神经元之间的通信，帮助维持血脑屏障，并作为神经回路的结构支架。

然而，它们的真实行为一直难以窥见，因为当在标准玻璃培养皿中生长时，这些细胞会立即坍缩成不自然的形状。

"令人沮丧的是，我们对星形胶质细胞形态惊人的多样性知之甚少，对这些形态变化背后的分子机制也了解不多，"该研究的共同资深作者、约翰斯·霍普金斯大学生物工程师伊尚·巴曼说。"它们在玻璃上无法呈现这些形状，所以我们的问题是：我们如何在体外复制体内的形状？"

为了回答这个问题，该团队构建了透明的玻璃纳米线垫，模拟了脑组织的纤维纹理。

当星形胶质细胞在这些纳米线网络上培养时， 非凡的事情发生了：它们恢复了熟悉的、具有分支的星形形态。

"在纳米线垫上生长时，星形胶质细胞恢复了它们的星形形态，像在大脑体内一样分支并成熟，"意大利国家研究委员会的共同资深作者安娜丽莎·康维托说。

这项突破不仅仅在于形态的恢复。研究人员还将纳米线平台与一种高分辨率、无标记的成像方法相结合，无需荧光标记或侵入性染色即可生成3D图像。

这使得科学家能够实时观察星形胶质细胞的生长、重组和演化 —— 这在此前的实验室环境下是不可能的。

"将纳米线培养与高分辨率、无标记成像相结合的能力至关重要，"该研究的共同第一作者、巴曼实验室的研究生阿努什卡·古普塔说。"它最终使得精确量化星形胶质细胞形态成为可能。"

迈向更智能的脑模型

这项研究的影响远不止于一种细胞类型。星形胶质细胞与大脑健康深度交织，其功能障碍与阿尔茨海默病、帕金森病及其他神经退行性疾病有关。

能够以其真实形态研究它们，为绘制这些疾病如何发展以及治疗方法如何更早介入开辟了一条新途径。

这种纳米线系统还有可能提升"芯片上的大脑"平台、类器官以及其他需要真实细胞行为来提供准确结果的先进神经工程模型。

"这是对平面培养模型的重大飞跃，并为新一代'芯片上的大脑'模型铺平了道路，"巴曼说。"我们相信，这可能预示着一种研究神经退行性疾病、药物效应和脑损伤的新方法的开端。"

这项工作得到了美国空军科学研究所和CNR-JHU联合实验室的支持，研究成果发表在《先进科学》期刊上。