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  ALS离体模型的建立

 
 

ALS离体模型的建立

ALS是一种致死性的神经系统变性疾病,主要病理改变为运动神经元的死亡。病因至今未明,可能的发病机制涉及基因突变、兴奋性毒性、氧化应激、线粒体功能障碍、神经营养因子缺乏等方面。

建立ALS动物模型对于研究这种疾病具有十分重要的意义。动物模型分离体和在体两种,在体模型在整体水平上对疾病进行研究,进行干预时最能反映真实的情况,离体模型则是在细胞或组织的水平上进行研究,具有一定的局限性。但由于ALS病因不明确,它不能象Parkinson病那样可建立一种近似于人体病理改变的动物模型。目前ALS最好的动物模型是SOD1突变小鼠模型,但SOD1突变仅占全部ALS的2%,因此它不能反映所有的ALS发病机制。离体模型虽然不能反映整体的情况,但它也具有一定的优越性,如便于进行干预、便于动态观察、实验周期短、可大量重复。

研究人员先后尝试用原代培养的单纯的运动神经元、和神经胶质细胞共培养的运动神经元,以及器官型脊髓片培养来建立ALS离体模型。单纯运动神经元培养取材于胎鼠或新生鼠,培养过程中神经元大量死亡,仅存10%,在不加神经营养因子的情况下只能存活一周左右;神经胶质细胞能分泌一定量的神经营养因子,对神经元具有营养和支持作用,故和神经胶质细胞共培养的神经元存活时间可延长至数周。由于二者只能来源于胎鼠或新生小鼠,不能满足ALS中青年起病的特点,且培养时间短,只适合作急性损伤的模型,而不能进行慢性的损伤,也不符合ALS的病理过程,因此均具有局限性。随着1991年Stoppini首次使用微孔膜将神经组织培养在气液界面上,这种界面技术使神经组织能够同时得到充分的氧气和营养物质,使神经元能够存活数月之久,且这种技术可对出生后小鼠的神经组织进行培养,因此它最适合于制作ALS的离体模型。

这种器官型脊髓片培养模型建立后,主要应用于ALS发病机制、药物筛选、及神经营养因子作用等方面的研究。

ALS发病机制方面的研究

用线粒体呼吸链复合体抑制剂malonate造成线粒体损伤来建模时,同时分别加入NMDA受体抑制剂、AMPA受体抑制剂、自由基清除剂、Caspase抑制剂、力如太后,均能减轻脊髓片中运动神经元的损伤,说明线粒体损伤后,谷氨酸途径、氧化应激及凋亡均参与其病理过程。

研究还发现和其它神经元相比,运动神经元选择性易损,并且躯体运动神经元比自主运动神经元更易受损,说明躯体运动神经元缺乏保护机制,使它更容易遭受各种损伤。这与ALS的临床表现高度一致。

药物筛选方面的研究

目前已用这种方法进行过研究的药物有Topiramate、各种芳香族胺和亚胺、环氧化酶2抑制剂SC236和力如太,均对脊髓片模型中的运动神经元有保护作用。其中,力如太已在临床实验中证实能延长病人的存活时间和推迟气管切开的时间,但其它药物,如Topiramate进一步应用于SOD1突变小鼠时,并不能延长其存活时间。说明离体模型并不能代替最终的临床实验。

神经营养因子作用的研究


在这一方面,美国Johns Hopkins大学的研究人员做了大量的工作,他们已经筛选出GDNF、IGF-1、NT4/5和PEDF对脊髓片中的运动神经元具有保护作用,而BDNF和CNTF则未显示出这种保护作用。其他研究者进一步研究显示当IGF和GDNF联用时,显示出更强的保护作用,高于它们各自的单独应用。

综上所述,虽然器官型脊髓片培养模型仍具有局限性,并不能代替在体的实验,但我们应看到,这种模型可应用于快速的、大规模的药物或神经营养因子的筛选,这是其它模型很难做到的;尽管许多药物在临床实验中证明没有明显作用,但我们应认识到,ALS的发病机制极其复杂,期望一种药物即可起效是不现实的,未来的治疗方向很可能是多种药物的联合应用,针对病理机制中的各个环节,才能起到有效的治疗作用,用这种脊髓片模型进行初步筛选,将是一种最好的选择。

主要参考文献


1. 郑梅, 樊东升, 张俊, 宋德懋, 范少光. 骨髓基质细胞分泌物促进PC12细胞的分化和存活中华神经医学杂志 2005, 4:20-3.

2. 郑梅, 樊东升, 张俊, 宋德懋, 范少光. 大鼠脑片的器官型培养及其中神经元的发育规律. 北京大学学报(医学版) 2005; 37:406-9.

3. 刁增艳, 沈扬, 樊东升, 郑梅, 崔金琰, 孙阿萍, 宋德懋, 范少光. 运动神经元病体外器官模型的建立北京大学学报(医学版) 2005; 37:134-8.

4. 刁增艳, 樊东升, 沈扬, 崔金琰, 孙阿萍, 郑梅, 范少光, 宋德懋. 大鼠脊髓片器官培养模型的建立脑与神经疾病杂志 2004; 12:256-8.

   
             
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