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人类胚胎干细胞首次恢复动物听力

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来源: 作者: 2019-05-17 03:08:24

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在移植细胞的帮助下,科学家终于让耳聋的沙鼠又一次听到了声音——这些细胞能够发育成神经,进而从耳向脑传输听觉信息。据《自然》杂志9月12道,这一进展将成为医治不同类型听觉损失的一种方法的基础。

在人类中,导致耳聋的最常见缘由是内耳毛细胞受损(之所以这样命名,是因为当它们遇到声波震动时会像细长的纤毛一样弯曲),或是向大脑传输信息的神经细胞损伤。当这些毛细胞受损后,与之相关的螺旋神经节细胞常常会由于缺乏使用而开始蜕化。植入物能够代替毛细胞的工作,但如果感觉神经细胞受损,则听力依然十分有限。

“显然终究的目标是取代所有这两类细胞。”主持这项新研究的英国谢菲尔德大学的MarceloRivolta表示,“但现在已经能够用人工耳蜗取代毛细胞,由于我们决定首要任务应该从神经细胞开始。”

在过去,科学家们已尝试着从胚状体(已经开始分化为不同类型细胞的干细胞集合体)中分离出所谓的听觉干细胞。但是这样的干细胞仅仅能够分裂25次,从而使其不可能满足一次神经细胞移植所需要的数量。

Rivolta和他的同事知道,在胚胎发育期间,少量蛋白质——包括纤维母细胞生长因子(FGF)3和FGF10——是耳的形成所必须的。因此研究人员将人类胚胎干细胞暴露在FGF3和FGF10当中。不同类型的细胞相继形成,其中就包括前体内耳毛细胞,但研究人员同时还能够鉴别并分离出那些开始分化为想要的螺旋神经节的细胞。随后,研究人员将神经前体细胞移植到耳神经受损的沙鼠的内耳中,并在之后的10周对动物进行了跟踪。结果表明,神经细胞的功能被修复了。

“我们只是在非常有限的时间内跟踪了动物。”Rivolta说,“我们如今希望长期跟踪它们。”——他强调,这是为了评估此举增加癌症风险的可能性,和观察新神经的长期功能。

“这非常令人兴奋。”并未参与此项研究的英国萨塞克斯大学的神经科学家MarkMaconochie表示,“过去,有人曾合成出单个的毛细胞,或是一些看起来像是来自干细胞的单个神经细胞,即便这样也让该领域的科学家兴奋不已。这是一个真正的质变。”

Rivolta说,现在的问题是这一程序能否被进一步调整,从而能够有效产生更多的传播神经细胞——目前,只有不足20%的用于治疗的干细胞能够发育成为这些耳神经细胞。他推测,通过将FGF3和FGF10以外的生长因子与干细胞混合物结合,研究人员也许能够收获更多的耳前体细胞。

Maconochie强调:“下一个大的挑战将是对毛细胞做一些有效的事情。”

中国科技讯据《自然》站9月12道,最近,一个由英国谢菲尔德大学领导的研究小组将人类胚胎干细胞移植到沙鼠耳内,使后天耳聋的沙鼠恢复了听觉能力。该研究为干细胞能在内耳和大脑之间重建连接提供了首个证据。此前也有研究使干细胞分化成了听觉神经细胞,但这是首例通过移植干细胞成功恢复听力的动物实验。

全球超过2.75亿人有中度到重度听力损失,许多病例是由内耳和大脑之间的神经连接被破坏所致使。研究人员显示幼儿臼齿脱落 可不能马虎
了如何用人类胚胎干细胞修复神经连接的关键组成部分——听觉神经,并在一定程度上恢复了沙鼠的听力。《只有神知道的世界》动画第三期7月开播?

“我们已有了概念论证,人类胚胎干细胞可以修复受损听力。”论文领导作者、英国谢菲尔德大学干细胞生物学家马塞尔·里沃尔塔说,“这还需要进行更多研究,但我们已经知道这是可能的。”他花了10年时间研究使人类胚胎干细胞分化为两种细胞——听觉神经元和内耳毛细胞的方法,内耳毛细胞能将声音转化为电信号。这二者是产生听觉的基本要素。

里沃尔塔用了两种成纤维细胞生长因子FGF3和FGF10对人类胚胎干细胞进行处理,以产生两种不同形状的原始感觉细胞:一种细胞具有类似毛细胞的特征,叫做耳上皮祖细胞(OEPs);另一种看上去更像神经元,叫做耳神经祖细胞(ONPs)。他们先用一种叫做乌本苷的化学药物破坏沙鼠的听觉神经,但药物不会伤害毛细胞,然后将耳神经祖细胞移植到它们耳内。经过10周以后,一些移植细胞就长出了突起与脑干连接起来。随后测试显示,移植之后许多沙鼠能听到的声音比以往微弱,它们的听力整体上恢复了46%。

以往发表的论文还显示,基因疗法能恢复天生耳聋小鼠的听力,以及恢复小鼠的嗅觉和视觉,现在又增加了里沃尔塔的研究成果。这些研究都表明,干细胞和基因疗法能恢复感官功能。这些进展令人兴奋,俄勒冈健康与科学大学发育生物学家约翰·布里甘德说,由于内耳具有“精细结构”,所以很多因素都可能伤害到内耳,“治愈听力损失的方法可能不止一种,还会有不同措施应对各种特殊情况。”

斯坦福大学干细胞研究员斯特凡·海勒认为,实现首例人类听力治疗可能还要至少15年,他正在研究用其他方法使干细胞分化为毛细胞和支持细胞。“这方面研究的下一个目标是提高效率和再生能力,肯定实验安全性,和证明移植能带来长时间的恢复,然后才能考虑用在病人身上。”(常丽君)

超过2.75亿人具有中度至重度听力丧失,其中许多的病例是由于内耳与大脑之间的连接缺陷所造成。

研究人员现在展示了如何修复这一连接的一个关键组件——听觉神经——通过利用人类胚胎干细胞恢复了沙鼠的听力。“我们获得了概念证明可以利用人类胚胎干细胞来修复受损的耳朵。尽管还有更多的工作要做,但现在我们知道这是有可能的,”文章的主要作者、谢菲尔德大学干细胞生物学家MarceloRivolta说。这1研究成果发表在9月12日的《自然》(Nature)杂志上。

虽然在此之前科学家们DIGITIMES:中国物联网产业实际进展存障碍
曾将干细胞分化生成听觉神经细胞,这是第一次用移植细胞成功恢复动物的听力。该领域的一些科学家们表示这是极为重要的一步,无疑将激励更多的研究。“长期以来研究受到批评家们的阻止,他们希望看到干细胞能够连接内耳和中枢神经系统的证据,”密歇根大学Kresge听力研究所发育生物学家RichardAltschuler说。

在过去的十年里Rivolta一直致力于开发各种途径将人类胚胎干细胞分化为听力必须的两类细胞类型:听觉神经元和能将声音转换成电信号的内耳毛细胞 他用两种成纤维细胞生长因子FGF3和FGF10处理人类胚胎干细胞生成了两种外表上不同的原始感觉细胞群。其中一些具有毛细胞相似特点的细胞称之为耳上皮祖细胞(OEPs),另外一些看起来更像神经元的细胞称为耳神经祖细胞(ONPs)。

他的研究小组将ONPs移植到已接受哇巴因(ouabain)处理沙鼠的耳朵内。Ouabain是一种化学制品会造成听觉神经损伤,但不会影响毛细胞。十周后,一些移植细胞已生长成突起物,构成了与脑干的连接。随后的测试表明许多动物在移植后能够听到更微弱的声音,全面改良了46%的听力。

听到这个

在今年7月,来自加州大学旧金山分校的一个研究小组证实基因治疗可以恢复出生即耳聋小鼠的听力。这两项成果与此前一系列的研究表明干细胞和基因治疗可以恢复包括嗅觉和视觉在内感觉功能。

俄勒冈健康与科学大学发育生物学家JohnBrigande说这些研究进展是使人感到兴奋的。Brigande本人患有一种渐进情势的听力丧失,正在探索基于干细胞的方法恢复听觉功能。他指出尽管内耳的“精密结构”可以多种不同的方式受到损伤,但不会存在一种治愈听力丧失的方法,未来将会有各种各样的干预治疗针对这一独特的疾病。“

有可能从干细胞驱动的听力神经元增多中获益的人数尚不清楚,但干细胞有可能扩大现有治疗的范围。“由于功能性的听觉神经元是耳蜗植入物起作用的必要条件,干细胞打开了一个候选库,”Altschuler说。

斯坦福大学干细胞研究人员StefanHeller说首个听力医治可能至少需要15年的发展。Heller一直致力于其他途径将干细胞分化为毛细胞和支持细胞。“所有治疗方案的下一个目标是获得更高水平的效力和可重复性,肯定治疗方案的安全性,证实移植导致了长期恢复,然而我们才能考虑患者,”Heller说。

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