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神經研究大不易,細胞來源讓你苦惱嗎 ?
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神經研究大不易,細胞來源讓你苦惱嗎 ?
神經科學
2017-06-06

神經研究大不易,細胞來源讓你苦惱嗎 ?
大腦使用 不進則退

盧貝松導演的電影《露西》,女主角露西被使用了可以促進腦部開發的禁藥,喚醒了沈睡的90%大腦,隨著開發程度增強,她開始能夠駕馭強大的心智能力並強化身體機能,包括了特異功能和秒速學習的技能,好像解鎖未知的90%大腦,就可以變成擁有無限潛能的超人類。的確,現在科學告訴我們,大腦在執行工作是分工的,不同的腦部區域負責執行不同的功能,並且相互連接讓我們得以協調複雜的任務。但是,即使小區塊的腦部損傷也能對腦部功能造成嚴重的破壞。神經退化疾病如阿茲海默症(Alzheimer’s Disease)及帕金森氏病(Parkinson’s Disease),都各屬於不同腦區的退化。阿茲海默症出現的記憶衰退,是由於海馬迴(hippocampus)的退化。而帕金森氏症的運動障礙則是中腦黑質(substantia nigra)多巴胺神經細胞(dopamine neuron)死亡的結果。這類退化性疾病都是不可逆的。

 

魚與熊掌無法兼得的Neuron model

近年來,神經科學家一直不斷努力嘗試揭開腦部運作的謎底,而在其中探討腦部不同神經細胞角色扮演的研究相當熱門,因腦中有10%的細胞屬於神經元細胞,其餘90%是神經膠細胞(Glial cell)及星狀細胞(Astrocytes),這些細胞如何在腦中分工合作,成為科學家渴望找到醫學答案的謎。但神經細胞卻是非常困難取得的實驗材料,原因在於第一、成熟的神經細胞並不會再分裂增生,第二、神經細胞一旦被取出可能就會造成實驗體腦部區域功能受損。因此能否建立體外培養的神經細胞系統以取得穩定的實驗材料,成為了研究的關鍵因素。三、以初代培養技術取得的神經細胞雖然有較為接近活體中的狀態的特性,但因從動物取得的組織通常是由多種不同細胞所組成的混合體,因此要獲得特定種類的神經細胞成為了極困難的挑戰。科學家也曾從神經腫瘤組織中成功建立了可持續被繼代的細胞株(secondary cell line),例如SH-SY5Y、PC12細胞株等。人類SH-SY5Y細胞株是在70年代由SK-N-SH (metastatic bone tumor biopsy cell line)中被分離出來,但它是尚未成熟的神經細胞,雖然SH-SY5Y細胞株的優點是在繼代過程中,能夠持續增生單一品系的細胞且不易有變異性產生;但因這樣的細胞株畢竟是從腫瘤組織分離出來,所以,在生理層面而言,它會與原生神經細胞有許多不同分子表現。

 

採蜂蜜不破壞蜂巢的啟發

蜂蜜富含許多營養成分,是不少人喜愛的保健食品,而蜂蜜的運用也充斥在人類的各種食品與美容產品之中,傳統採收蜂蜜是先用煙燻讓蜜蜂離開蜂巢,再仰賴人工破壞拆開蜂巢以方便快速採收蜂蜜。澳洲有一對父子耗時十年開發了一款發明,可以降低蜂農被蜜蜂叮咬的風險,也可避免對蜜蜂產生傷害以及破壞蜜蜂耗費長時間建立出來的蜂巢結構與生活圈。這個方法稱為「流動採收法」,在這對父子改良的人工蜂巢結構中,蜂蜜會自動流到安裝的管線內,採收時只要像開水龍頭般的轉開門筏,讓蜂蜜留置容器內即可。因此「流動採收法」被視為是蜂蜜產業的大革命,無須拆開蜂箱與破壞它們的生活圈,幾乎不干擾蜜蜂們作業採蜜,讓採蜜作業更加快速且兼具環保。

 

兩全其美的"神經幹細胞Plus"

初代培養細胞與能持續被繼代的細胞株,都有它們的優缺點,這樣的研究困境,不禁讓人想知道,有沒有像「流動採收法」這樣兩全其美的辦法,能讓神經細胞來源穩定,而且生理表現又能比較接近真實神經細胞?近幾年,科學家在神經研究有了重大發現,他們發現在腦部的“腦室下區”(SVZ)以及”海馬迴”( hippocampus)等區域存在著一群神經幹細胞,他們具有自我更新,且具有能發展成各式功能性神經細胞的潛力,科學家進一步利用反轉錄病毒,將Myc基因送入到神經幹細胞內作基因改造,將它們將被轉變成一群同時具有再分化特性,也具有能持續被繼代能力的細胞株(neural progenitor cell line)!這樣具有雙重特性的細胞株,解決了神經細胞來源問題,成為了一個兩全其美的聰明策略!

 

神經細胞也需要身分證

最後有一個重要提醒,在不同種類的神經細胞中,或在不同分化程度的神經幹細胞中,我們都可以觀察到與細胞品系相關的不同分子標誌表現(cell lineage-specific markers),如βIII-tubulin、GFAP與Gal C 等,因此在實驗之前或之後,為了確保實驗的正確性,細胞都必須用這些分子標誌,來確認你的標的細胞是否處在你要的研究階段,例如確認從初代培養組織中獲得的細胞品系、觀察神經幹細胞是否尚未分化或神經幹細胞是否已達你要的分化程度,或是確認細胞是否已分化成你想要的神經細胞品系等。


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