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小鼠视力恢复揭示哺乳动物枢神经系统强大的再生能力

2016年07月14日 浏览量: 评论(0) 来源:本站原创 作者:中国实验动物信息网 责任编辑:lascn
摘要:对小鼠的一项研究第一次显示:高对比度的视觉刺激可以帮助受损的视网膜神经元再生出视神经纤维,另有称为视网膜神经节细胞轴突。结合化学诱导的神经刺激,轴突生长速度比以前策略中尝试过的快。处理过的小鼠部分恢复视觉功能。这项研究还表明,在大脑中,成年小鼠再生中枢神经系统(CNS)的轴突能够导航到正确的靶位点上。

美国国家眼科研究所的主任,医学博士以及哲学博士,Paul A. Sieving说:“在视觉系统中重新连接的神经元是开发致盲性眼病如青光眼的再生疗法的最大挑战之一 ”。“这项研究表明,哺乳动物拥有比以前所知的更强大的中枢神经系统的再生能力。”

视觉神经元是眼睛的数据线,携带由视网膜的光传感神经元到大脑的视觉信息。像一束线,它包括约一百万轴突,每个都从一个单独的视网膜神经节细胞开始延伸。各种视神经病变,比如青光眼,当他们损伤或者破坏这些轴突时,就会导致视力丧失。在成人中,视网膜神经节细胞轴突不能自我再生,这就是为什么由视神经病变导致的视力丧失通常是永久性的。

研究人员在小鼠眼球后面用钳压碎一只眼睛的视神经来诱导小鼠视神经损伤。然后,小鼠被放置在一个房间里,每天几个小时,他们观看了高对比度的图像,持续了三个星期——黑色线条的本质变化模式。与对照组没有接受高对比度视觉刺激的小鼠相比,小鼠有轻微但显注的轴突再生 。

科学家之前的研究工作显示:增加被称作mTOR的蛋白质活性可以促进视觉神经元的再生。所以他们设想如果联合可以增加mTOR活性的视觉刺激可能会产生一个协同效应。 对神经损伤的前两周,科学家们利用基因疗法使视网膜神经节细胞中过度表达mTOR。 小鼠执行视神经挤压伤,并且每天暴露于高对比度视觉刺激中。实验进行三周之后,科学家们观察到了更广泛的再生,随着轴突生长通过视神经 ,甚至到达视交叉,距离眼睛大约有六毫米远。受到这些结果的鼓舞,研究人员再一次增加了mTOR的活性,甚至在视觉刺激过程中,通过缝合关闭好的眼睛来强迫小鼠使用治疗眼。应用广泛视觉刺激来增加mTOR活性的联合方式可以促进视神经完整长度的再生,并且可以进入大脑的各种视觉中枢。

Andrew Huberman,一名医学博士,斯坦福大学医学系神经生物学副教授,并且是这篇报告的首席作者,报告发表于网络在线的自然神经科学杂志上。他说:“当我们闭上小鼠好眼的时候,迫使小鼠去用受伤的眼睛观看时,我们看到了最显著的轴突生长。”在三周内,轴突增长了12毫米,速度约500倍的速率比未经处理的中枢神经系统轴突。

再生轴突也导航到正确的大脑区,Huberman说的一项发现揭示了再生医学中的一个关键问题:“如果一个神经细胞可以再生,那它可以游荡或者它概括了其发展计划,寻找回正确的脑区的路吗?”

应用只在特定的视网膜神经节细胞亚型(约30存在)表达荧光蛋白的转基因小鼠品系,研究人员可以跟踪再生轴突去哪里。Huberman说:“这两种类型的视网膜神经节细胞,我们观察——α-细胞和视网膜细胞——似乎完全能够在大脑中导航回到正确的位置,堵塞和形成突触”,“并且同样有趣的是,他们没有去错误的地方”。荧光轴突出现的大脑区域,在这个区域的α细胞和视网膜细胞是可以被预期但在其他地区是缺失的。

视觉功能在接受视觉/mTOR联合治疗的动物中是部分恢复。研究人员应用了四个测试来评估四种类型的视觉功能:追踪移动目标的能力,瞳孔反射,深度知觉,以及探测空中捕食者的能力——通常导致小鼠僵住或者逃避寻求庇护的刺激物。通过联合疗法治疗的小鼠在四个测试的两个测试中的表现都明显好于未经治疗的小鼠。

美国国家眼科研究所的视网膜神经科学研究的项目主任,Thomas Greenwell表述:“这项研究的惊人发现,活动促进神经再生为退行性视网膜疾病的治疗提供了巨大的希望 ”。Greenwell 说,这项研究和美国国家眼科研究所的大胆的目标计划(AGI)有很大的关联性,这个计划为发展再生医学克服视网膜疾病做出不懈的努力。

未来的疗法可以保护视神经的轴突,Huberman设想在虚拟现实视频游戏,电视节目中过滤器的发展,或者是设计提供再生诱导视觉刺激的眼镜。视神经挤压模型的一个缺点是它不能模拟典型的盲性疾病或损伤。因此,目前研究人员正在检测小鼠青光眼模型中强烈的视觉刺激的效果。更进一步的研究,他们正在追踪促使视网膜再生的视觉刺激的具体素质要求。

这项研究被美国国立卫生研究院授予EY026100,并和青光眼研究基金共同资助。

 

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