Muka depan besar Sains: Pasukan China mengeluarkan peta penjanaan semula otak pertama di dunia!

Benarkah otak manusia hanya boleh berkembang 10% sahaja?

Dalam filem "Super Body", heroin Lucy mengembangkan 100% potensi otaknya secara tidak sengaja.

Dengan evolusi pesat tubuhnya, dia telah menguasai lebih banyak kuasa besar: dia boleh menguasai bahasa asing serta-merta, gunakan Gelombang otak boleh menggerakkan objek melalui ruang dan mengubah bentuk objek sesuka hati...

Jika anda mahukan neuron otak untuk terus berkembang Satu kemungkinan ialah sel-sel otak kita mempunyai keupayaan untuk menjana semula.

Pada masa ini, satu-satunya makhluk di dunia yang boleh menjana semula otaknya ialah "binatang mitos" yang bodoh dan comel iaitu salamander.

Tetapi, bolehkah manusia mencapai penjanaan semula otak?

Baru-baru ini, pasukan yang diketuai oleh Institut Sains Hayat BGI telah melengkapkan peta spatiotemporal pertama penjanaan semula otak salamander, mendedahkan cara kerosakan otak menyembuhkan dirinya sendiri.

Ini ialah peta penjanaan semula otak ruang masa yang pertama di dunia, dan hasil penyelidikan telah dipaparkan pada kulit Sains pada 2 September.

Peta ruang-masa pertama penjanaan semula otak

Apabila ia datang kepada keupayaan penjanaan semula, cicak penjanaan semula tidak lagi pelik.

Selain itu, sayap kelawar, jantung ikan zebra, gigi jerung, anggota bintang laut... semuanya boleh dijana semula.

Hanya keupayaan "otak" biologi untuk menjana semula yang menarik minat saintis.

Artikel iniStereo-seq sel tunggal mendedahkan sel progenitor teraruh yang terlibat dalam penjanaan semula otak axolotl memperkenalkan kita kepada penjanaan semula otak axolotl Ruang-masa peta.

Alamat kertas: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

Untuk mengkaji penjanaan semula otak, anda mesti mencari model yang sesuai untuk menjalankan penyelidikan.

Akhirnya, pasukan penyelidik memilih satu-satunya makhluk di dunia yang boleh menjana semula otaknya - axolotl Mexico.

Ia adalah sejenis salamander, juga dikenali sebagai "Hexagonal Dinosaur" Selain mampu menjana semula anggota badan, ekor, mata, kulit, hati dan organ lain, Selain itu, otak juga boleh menjana semula.

Pembangunan dan penjanaan semula telencephalon dalam newts

Bukankah ini hanya digunakan oleh saintis sebagai model organisma yang penting untuk mengkaji masalah yang berkaitan dengan penjanaan semula?

Di sini kita perlu menyebut teknologi utama penyelidikan ini - teknologi omik spatiotemporal (Stereo-seq).

Dengan teknologi ini, saintis boleh mengambil foto yang dapat melihat dengan jelas perubahan status molekul sel semasa enam peringkat penting perkembangan otak axolotl A spatial dan temporal peta perkembangan otak dalam salamander.

Penjanaan semula otak memerlukan penyelarasan tindak balas yang kompleks dalam cara khusus masa dan wilayah. Mengenal pasti jenis sel dan molekul yang terlibat dalam proses ini akan memajukan pemahaman saintis tentang penjanaan semula otak.

Walau bagaimanapun, kemajuan dalam bidang ini telah dihalang oleh kapasiti penjanaan semula terhad otak mamalia dan pemahaman yang tidak lengkap tentang mekanisme proses penjanaan semula pada selular. dan tahap molekul terhalang. Axolotl Mexico yang disebutkan di atas boleh menjana semula pelengkap yang rosak dan pelbagai organ dalaman, termasuk otak.

Oleh itu, salamander ini telah menjadi model ideal untuk para saintis mengkaji pertumbuhan semula otak. Untuk memahami mekanisme penjanaan semula otak, saintis juga memerlukan alat penyelidikan yang membolehkan pengumpulan dan analisis data berskala besar secara serentak menyahkod tindak balas selular dan molekul yang kompleks.

Pertama sekali, saintis percaya bahawa jika penjanaan semula otak dan proses pembangunan dibandingkan dalam penyelidikan, ia akan membantu memberikan pemahaman baharu tentang sifat penjanaan semula otak.

Oleh itu, pasukan penyelidik mengeluarkan sebahagian kecil kawasan palatine sisi telencephalon kiri aksonid dan mengumpul sampel tisu daripada pelbagai peringkat proses penjanaan semula. Sampel tisu daripada telencephalon axozoan pada pelbagai peringkat pembangunan kemudiannya dikumpulkan.

Seterusnya, penyelidik menggunakan definisi tinggi dan teknologi Stereo-seq medan besar untuk menghasilkan sel tunggal daripada hirisan yang meliputi kedua-dua hemisfera telencephalon cicak axocaudal . Data transkriptik spatial pada resolusi selular. Anotasi jenis sel, organisasi spatial sel, dinamik aktiviti gen, dan peralihan keadaan sel telah dianalisis, dan kajian mekanistik tentang penjanaan semula yang disebabkan oleh kerosakan berbanding dengan sifat selular ini semasa pembangunan telah dilakukan. Menggunakan Stereo-seq, saintis menjana data transkriptik spatial untuk satu set kepingan telencephalon yang meliputi enam peringkat perkembangan dan tujuh peringkat penjanaan semula axolotl yang disebabkan oleh kerosakan.

Data resolusi sel tunggal membenarkan penyelidik mengenal pasti 33 jenis sel yang ada semasa pembangunan dan terlibat dalam penjanaan semula 28 jenis sel , termasuk pelbagai jenis neuron pengujaan dan perencatan, serta beberapa subtipe sel ektodermal.

Dari segi perkembangan, data mendedahkan jenis epitelium primitif yang mungkin menimbulkan tiga subpopulasi sel epitelium dewasa yang diedarkan di zon ventrikel Kawasan yang berbeza mempunyai molekul yang berbeza ciri dan fungsi yang berpotensi.

Dari segi penjanaan semula, pasukan penyelidik menemui subpopulasi sel epitelium yang mungkin berasal daripada sel epitelium penduduk tempatan yang diaktifkan oleh kecederaan. Subset sel ini kemudiannya boleh membiak untuk menutup kawasan luka, seterusnya mengisi semula neuron yang hilang melalui peralihan keadaan kepada nenek moyang perantaraan, neuron tidak matang, dan akhirnya neuron matang.

Apabila membandingkan dinamik selular dan molekul telencephalon haiwan akson antara pembangunan dan penjanaan semula, saintis mendapati bahawa sel epitelium yang disebabkan oleh kerosakan mempunyai perubahan ketara dalam status transkrip mereka. Aspek adalah serupa dengan sel epitelium khusus peringkat perkembangan.

Pada masa yang sama, pasukan penyelidik juga memerhatikan bahawa penjanaan semula telencephalon axonal berkelakuan sama seperti dalam pembangunan dari segi lata molekul dan barisan sel yang berpotensi menukar corak neurogenesis, menunjukkan bahawa penjanaan semula otak sebahagiannya mengimbas proses perkembangan. Data transkrip spatial menyerlahkan ciri selular dan molekul telencephalon akson semasa pembangunan dan penjanaan semula yang disebabkan oleh kecederaan. Pencirian lebih lanjut mengenai pengaktifan dan peraturan fungsi sel epitelium boleh menghasilkan pandangan untuk meningkatkan kapasiti regeneratif otak mamalia.

Kajian pasukan penyelidik terhadap transkrip spatial sel tunggal bagi telencephalon tetrapod menyediakan maklumat berguna untuk penyelidikan lanjut tentang pembangunan, penjanaan semula dan data biologi otak.

Adakah penjanaan semula otak satu realiti?

Anda tahu, otak manusia mempunyai 86 bilion neuron, dan ia bersambung antara satu sama lain.

Dr. Yin Gu, pengarang bersama kertas kerja dan timbalan pengarah BGI-Research, berkata,

Menggunakan axolotl sebagai organisma model, kami telah mengenal pasti jenis sel utama semasa penjanaan semula otak. Penemuan ini akan memberikan idea dan panduan baharu untuk perubatan regeneratif sistem saraf mamalia.

Oleh itu, matlamat utama perubatan regeneratif dalam sistem saraf pusat adalah untuk membina semula bukan sahaja struktur spatial neuron tetapi juga corak khusus sambungan dalam tisu mereka.

Dalam kajian akan datang, adalah penting untuk membina semula struktur 3D otak dan memahami tindak balas sistemik pelbagai kawasan otak semasa proses penjanaan semula.

Sejak sekian lama, saintis telah bermimpi untuk memahami bagaimana sistem saraf berfungsi dengan memetakan struktur rangkaian saraf otak yang lengkap.

Sebagai contoh, Google membina semula model 3D neuron otak Drosophila buat kali pertama pada 2019, dan kemudian mengumumkan "separuh otak" Drosophila pada tahun berikutnya Kumpulan sambungan.

Kini, mereka telah mengeluarkan set data pengimejan otak manusia.

Melalui set data ini, orang ramai boleh melihat 130 juta sinaps dan puluhan ribu sampel neuron, boleh membantu orang ramai memahami struktur 3D otak.

Selain axolotl, saintis telah menggunakan teknologi omik spatiotemporal untuk memetakan embrio empat model organisma: tikus, ikan zebra, lalat buah dan Arabidopsis untuk yang pertama. masa. Peta spatiotemporal perkembangan atau organ.

Pada masa ini, hasil penyelidikan telah diterbitkan dalam Cell dan sub-jurnal Developmental Cell.

Berkenaan penyelidikan tentang penjanaan semula otak, netizen optimis tentang perkembangan masa depannya.

Atas ialah kandungan terperinci Muka depan besar Sains: Pasukan China mengeluarkan peta penjanaan semula otak pertama di dunia!. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!