Det første spatiotemporale kort over hjerneregenerering i axolotl

Et forskerhold med flere institutter ledet af BGI-Research har brugt BGI Stereo-seq-teknologi til at konstruere verdens første rumlige cellulære atlas over axolotl (Ambystoma mexicanum) hjerneudvikling og -regenerering, hvilket afslører, hvordan en hjerneskade kan helbrede sig selv. Undersøgelsen blev offentliggjort som en forsidehistorie i det seneste nummer af Science .

Forskerholdet analyserede udviklingen og regenereringen af ​​salamanderhjerne, identificerede de centrale neurale stamcelleundergrupper i processen med salamanderhjerneregenerering og beskrev rekonstruktionen af ​​beskadigede neuroner af sådanne stamcelleundergrupper. Samtidig fandt teamet også ud af, at hjerneregenerering og -udvikling har visse ligheder, der yder hjælp til kognitiv hjernestruktur og udvikling, samtidig med at de tilbyder nye retninger for forskning i regenerativ medicin og behandling af nervesystemet.

I modsætning til pattedyr har nogle hvirveldyr evnen til at regenerere flere organer, herunder dele af centralnervesystemet. Blandt dem kan axolotlen ikke kun regenerere organer som lemmer, hale, øjne, hud og lever, men også hjernen. Axolotlen er evolutionært avanceret sammenlignet med andre teleost, såsom zebrafisk, og dens hjerne har en højere lighed med pattedyrs hjernestruktur. Derfor brugte denne undersøgelse axolotlen som en ideel modelorganisme til forskning i hjerneregenerering.

Tidligere forskning har kun delvist karakteriseret, hvilke celler og veje der er involveret i hjernens regenerering. I denne undersøgelse brugte forskere BGIs Stereo-seq-teknologi til at skabe et spatiotemporalt kort med én celleopløsning over salamanders hjerneudvikling over seks vigtige udviklingsperioder, der viser de molekylære karakteristika af forskellige neuroner og dynamiske ændringer i rumlig fordeling. Forskere fandt ud af, at neurale stamcelle-subtyper placeret i ventrikulær zoneregion i det tidlige udviklingsstadium er vanskelige at skelne, men begyndte at specialisere sig med rumlige regionale karakteristika fra ungdomsstadiet. Denne opdagelse antyder, at forskellige undertyper kan udføre forskellige funktioner under regenerering.

Ved at tage prøver fra hjernen på syv tidspunkter (2, 5, 10, 15, 20, 30 og 60 dage) efter en skade på det kortikale område af salamanderhjernen, var forskerne i stand til at analysere celleregenerering.

I det tidlige stadie af skade begyndte nye neurale stamcelleundertyper at dukke op i sårområdet, og delvise vævsforbindelser opstod i det skadede område på dag 15. På dag 20 og 30 observerede forskere, at såret var blevet fyldt med nyt væv. , men cellesammensætningen var signifikant forskellig fra det ikke-skadede område. På dag 60 var celletyperne og fordelingen vendt tilbage til samme status som det ikke-skadede område.

Ved at sammenligne den molekylære ændring under udviklingen og regenereringen af ​​salamanderhjernen fandt forskerne ud af, at dannelsesprocessen af ​​neuroner er meget ens under både udvikling og regenerering. Dette resultat indikerer, at hjerneskade kan få neurale stamceller til at omvendt transformere til en tidlig udviklingstilstand for at starte regenereringsprocessen.

"Ved at bruge axolotl som en modelorganisme har vi identificeret nøglecelletyper i hjerneregenereringsprocessen. Denne opdagelse vil give nye ideer og vejledning til regenerativ medicin i pattedyrets nervesystem," forklarede Dr. Yin Gu, fælles korresponderende forfatter til papir, vicedirektør for BGI-Research.

"Hjernen er et komplekst organ med indbyrdes forbundne neuroner. Derfor er et hovedmål i centralnervesystemets regenerativ medicin ikke kun at rekonstruere neuronernes rumlige struktur, men også at rekonstruere de specifikke mønstre af deres intravævsforbindelser. Derfor er det er vigtigt at rekonstruere 3D-strukturen af ​​hjernen og forstå de systemiske reaktioner mellem hjerneregioner under regenerering i fremtidig forskning."

Ud over BGI, forskere fra Kina, USA og Danmark, herunder Guangdong Provincial People's Hospital, South China Normal University, Wuhan University, School of Life Sciences ved University of Chinese Academy of Sciences, Shenzhen Bay Laboratory, Whitehead Institute, University i København og andre institutter deltog i denne undersøgelse, som modtog etisk godkendelse og brugte laboratoriedyrket axolotl. + Udforsk yderligere

Neuroner og glia samarbejder om at drive neural regenerering efter hjerneskade