北京
來源：科技日報
記者：張夢然
一項發(fā)表于最新一期《自然·通訊》的研究介紹了一種名為SynTrogo的新型分子工具。該工具能通過“操控”大腦中的星形膠質(zhì)細胞，對特定神經(jīng)回路中的突觸連接進行選擇性修剪，從而直接編輯大腦的物理連接結(jié)構(gòu)。這一突破不僅為研究大腦提供了全新平臺，也為理解和治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來了新希望。
圖片來源：攝圖網(wǎng)
人們所有的思想、記憶和情感，都依賴于大腦中數(shù)以萬億計的突觸連接。這些神經(jīng)元之間的連接點構(gòu)成了復(fù)雜的神經(jīng)回路網(wǎng)絡(luò)。以往的技術(shù)，如光遺傳學(xué)，主要通過調(diào)控神經(jīng)元的電活動來影響大腦功能，但難以直接操控其物理連接結(jié)構(gòu)。由韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所與韓國腦研究所的研究團隊合作研發(fā)的平臺，首次實現(xiàn)了對特定大腦回路進行結(jié)構(gòu)編輯的能力。
大腦本身具備“突觸修剪”的自然機制，即在發(fā)育或?qū)W習(xí)過程中，移除不必要或薄弱的神經(jīng)連接，這與修剪樹木枝條類似。星形膠質(zhì)細胞在這一過程中扮演關(guān)鍵角色。SynTrogo系統(tǒng)的設(shè)計靈感正來源于此，它通過合成生物學(xué)方法，在目標神經(jīng)元表面設(shè)置特殊的分子“標簽”（鎖），并在附近的星形膠質(zhì)細胞上表達對應(yīng)的“鑰匙”分子。當(dāng)兩者結(jié)合時，會觸發(fā)星形膠質(zhì)細胞通過類似“啃食”的過程，移除部分神經(jīng)連接，從而實現(xiàn)對神經(jīng)回路的結(jié)構(gòu)重塑。
為驗證其效果，團隊將這一系統(tǒng)應(yīng)用于海馬體。三周后，目標區(qū)域的興奮性突觸數(shù)量減少了約27%。令人意外的是，這種有選擇地減少并未削弱回路功能，反而增強了其效能。留存下來的突觸在結(jié)構(gòu)和功能上都變得更強。高分辨率成像技術(shù)進一步證實，星形膠質(zhì)細胞與目標神經(jīng)元軸突之間形成了異常緊密的界面，并引發(fā)了局部的超微結(jié)構(gòu)重塑。
該研究最根本的啟示在于，大腦的最優(yōu)狀態(tài)并非單純擁有最多的突觸連接，而在于其能夠連接進行高效且具有適應(yīng)性的組織。SynTrogo為科學(xué)家提供了一種前所未有的工具，使其能夠直接研究并操縱這一精細過程。
SynTrogo也具有深遠的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力。許多神經(jīng)精神疾病都與突觸數(shù)量的異常或神經(jīng)回路組織紊亂有關(guān)，但此前一直缺乏能夠精準、特異性地在活體大腦中操控突觸連接的方法。這項技術(shù)未來或為恢復(fù)健康的腦功能開辟新途徑。
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