研究由巴塞罗那大学医学院和神经科学研究所的丹尼尔·托尔内罗教授（左）和研究员阿尔巴·奥尔特加领导。（来源：巴塞罗那大学）
人类大脑能完成许多惊人之事，但自我修复并不在其能力范围内。一旦神经元因创伤、中风或疾病而死亡，它们很少能重新生长。多年来，科学家们一直在寻找刺激再生的方法。
现在，巴塞罗那大学的研究人员表示，他们找到了一个有希望的解决方案：将干细胞治疗与一种能增强神经连接的天然大脑化学物质相结合。
强大脑蛋白的助力
这种分子是脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，简称BDNF)，一种大脑本身会少量产生的蛋白质。BDNF有助于神经细胞存活、成熟并调整它们的连接。先前的研究暗示，引入BDNF可能帮助受损大脑恢复，但将其安全、持续地递送到活体组织中仍然难以实现。
这一挑战启发了巴塞罗那大学神经科学研究所的神经科学家丹尼尔·托尔内罗及其同事。他们没有尝试从外部将BDNF递送到大脑中，而是对神经干细胞进行工程化改造，使其从内部产生BDNF。他们的目标是创造"智能"治疗细胞，这些细胞不仅能替代死亡的神经元，还能释放自身供应的营养分子。
"研究结果表明，BDNF能够促使实验室培养皿中由供体皮肤细胞衍生的神经元成熟并增加其活性，"托尔内罗说。
实验方法
研究人员首先从人类皮肤细胞开始，将其重编程为诱导多能干细胞—即具有发育成几乎所有组织类型的细胞。然后，他们促使这些细胞成为神经前体细胞，这类细胞有潜力发育成新的神经元。
科学家们使用一种无害的病毒载体，插入了一个使这些细胞持续表达BDNF的基因，并使其具有荧光性，以便他们能够追踪其存在。另一组细胞则保持原样作为对照组。
当这两组细胞在实验室中生长八周后，差异显而易见。富含BDNF的培养物产生了更多成熟的神经元，并表现出更多的自发性电活动—这正是健康神经元所显示的放电模式。重要的是，这种额外活动并未破坏网络。神经回路仍然正常发育，这表明BDNF在不破坏平衡的情况下增强了细胞。
引导神经元连接
神经元并非静止不动；它们通过轴突投射连接一个细胞到另一个细胞。为了观察BDNF是否有助于引导这些投射，科学家们使用了一种由两个腔室组成的小型设备，这两个腔室通过狭窄的微通道连接。在一侧，他们放置了分泌BDNF的细胞，而在另一侧则放置了未经改造的细胞。
到第30天，轴突开始向富含BDNF的腔室延伸，仿佛被化学信号吸引。当科学家们从外部施加BDNF蛋白时，他们观察到了同样的效果，这证明该分子本身就是连接神经元的信号。
研究人员阿尔巴·奥特加解释说，这种化学吸引作用对于移植治疗将具有重要意义："分泌BDNF的细胞能够更有效地吸引轴突—即允许神经元之间通信的延伸部分。"
这一发现是科学家们首次在微流控芯片上利用人类干细胞衍生的神经元展示这种引导生长效果。这表明了一种潜在策略，即指导移植的神经元正确地连接到受损的大脑中。
朝着修复受损大脑的方向
从阿尔茨海默病和帕金森病到中风，脑部疾病和损伤仍然是医学领域最棘手的挑战之一。由于大脑自身的再生能力非常有限，患者在受伤后常常遭受持续的运动、记忆或言语障碍。
巴塞罗那团队希望他们的发现将带来更好的治疗方法。经过工程化改造以分泌BDNF并能安全移植的神经干细胞可能存活时间更长、更好地整合并恢复大脑功能。这种方法也为探索神经元如何交流以及如何从疾病中恢复提供了一个模型。
然而，这项研究还处于早期阶段。实验仅在实验室培养皿中进行，并未在动物或人体中进行。后续研究将确定类似的效果是否会在动物模型中出现，并最终在人体试验中验证。科学家们还想了解这些细胞持续分泌BDNF的时间有多长，以及长期暴露是否会随着时间改变大脑的回路。
尽管存在这些障碍，结果仍然令人鼓舞。"尽管面临许多挑战，帕金森病临床试验的进展表明，我们比以往任何时候都更接近于在中风或其他神经退行性疾病患者中安全应用这些疗法，"托尔内罗说。
研究的实际意义
如果未来的研究证实了这些结果，这种方法有望改变再生医学。经过编程以产生自身BDNF的干细胞可以帮助研究人员创建与大脑回路无缝整合的移植疗法，从而改善因损伤或疾病导致神经元大量死亡后的恢复。
这些细胞还可能作为活体工具来研究阿尔茨海默病和帕金森病等疾病，让研究人员能够观察大脑回路如何重新布线。在未来更远的阶段，将干细胞技术与身体自身的修复分子相结合，可能会推动我们迈向曾经难以想象的领域：让大脑真正地自我修复。
研究结果已在线发表在《国际分子科学杂志》上。
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