Großes Cover der Wissenschaft: Chinesisches Team veröffentlicht die weltweit erste Karte zur Gehirnregeneration!

Stimmt es, dass sich das menschliche Gehirn nur zu 10 % entwickeln kann?

Im Film „Super Body“ entwickelte die Heldin Lucy versehentlich 100 % ihres Gehirnpotenzials.

Durch die rasante Entwicklung ihres Körpers beherrscht sie immer mehr Superkräfte: Fremdsprachen sofort beherrschen, mithilfe von Gehirnwellen Objekte durch die Luft bewegen und die Form von Objekten nach Belieben verändern ...

Eine Möglichkeit für die kontinuierliche Entwicklung von Gehirnneuronen besteht darin, dass unsere Gehirnzellen die Fähigkeit zur Regeneration besitzen.

Derzeit ist das einzige Lebewesen auf der Welt, das sein Gehirn regenerieren kann, das alberne und niedliche „Fabeltier“, der Salamander.

Aber kann der Mensch eine Gehirnregeneration erreichen?

Kürzlich hat ein Team unter der Leitung des BGI Life Sciences Institute die erste raumzeitliche Karte der Gehirnregeneration von Salamandern fertiggestellt und enthüllt, wie sich Hirnschäden selbst heilen.

Dies ist die weltweit erste räumlich-zeitliche Karte der Gehirnregeneration, und die Forschungsergebnisse wurden am 2. September auf dem Cover von Science vorgestellt.

Die erste Raum-Zeit-Karte der Gehirnregeneration

Wenn es um die Regenerationsfähigkeit geht, ist es keine Überraschung, dass Eidechsen ihre Schwänze regenerieren.

Außerdem können Fledermausflügel, Zebrafischherzen, Haifischzähne, Seesternglieder ... alle regeneriert werden.

Allein die Fähigkeit biologischer „Gehirne“ zur Regeneration fasziniert Wissenschaftler.

Dieser ArtikelSingle-cell Stereo-seq enthüllt induzierte Vorläuferzellen, die an der Regeneration des Axolotl-Gehirns beteiligt sind führt uns in die räumlich-zeitliche Karte der Axolotl-Gehirnregeneration ein.

Papieradresse: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

Um die Gehirnregeneration zu untersuchen, müssen Sie ein geeignetes Modell für die Forschung finden.

Am Ende entschied sich das Forschungsteam für das einzige Lebewesen der Welt, das sein Gehirn regenerieren kann – den mexikanischen Axolotl.

Es handelt sich um eine Art Salamander, der auch als „Sechseckiger Dinosaurier“ bekannt ist. Neben der Fähigkeit, Gliedmaßen, Schwänze, Augen, Haut, Leber und andere Organe zu regenerieren, kann er auch das Gehirn regenerieren.

Die Entwicklung und Regeneration des Telencephalon des Molches

Ist dies nicht nur ein wichtiger Modellorganismus, den Wissenschaftler zur Untersuchung regenerationsbedingter Probleme nutzen können?

Hier müssen wir die Schlüsseltechnologie dieser Forschung erwähnen – die spatiotemporale Omics-Technologie (Stereo-seq).

Mit dieser Technologie können Wissenschaftler Fotos machen, die den sich ändernden Status von Zellmolekülen während der sechs wichtigen Phasen der Axolotl-Gehirnentwicklung deutlich erkennen und so eine räumlich-zeitliche Karte der Gehirnentwicklung des Axolotls erstellen.

Die Regeneration des Gehirns erfordert die zeitliche und regionalspezifische Koordination komplexer Reaktionen. Die Identifizierung der an diesem Prozess beteiligten Zelltypen und Moleküle wird das Verständnis der Wissenschaftler über die Gehirnregeneration verbessern.

Allerdings aufgrund der begrenzten Regenerationsfähigkeit des Gehirns von Säugetieren und des unvollständigen Verständnisses der Mechanismen des Regenerationsprozesses an der Zelle und molekularer Ebene wurden Fortschritte in diesem Bereich behindert. Der oben erwähnte mexikanische Axolotl kann beschädigte Gliedmaßen und mehrere innere Organe, einschließlich des Gehirns, regenerieren.

Daher ist dieser Molch zu einem idealen Modell für Wissenschaftler geworden, um die Gehirnregeneration zu untersuchen. Um die Mechanismen der Gehirnregeneration zu verstehen, benötigen Wissenschaftler außerdem Forschungsinstrumente, die eine groß angelegte Datenerfassung und -analyse ermöglichen, um gleichzeitig komplexe zelluläre und molekulare Reaktionen zu entschlüsseln.

Zuallererst glauben Wissenschaftler, dass ein Vergleich von Gehirnregenerations- und Entwicklungsprozessen in der Forschung dazu beitragen wird, die Gehirnregeneration zu verstehen. Eigenschaften ermöglichen ein völlig neues Verständnis.

Daher entfernte das Forschungsteam einen kleinen Teil des seitlichen Gaumenbereichs des linken Telencephalon des axonalen Tieres und sammelte ihn viele Proben während des Regenerationsprozesses in jeder Phase. Anschließend wurden Gewebeproben aus dem Axozoan-Telencephalon in mehreren Entwicklungsstadien gesammelt.

Dann verwendeten die Forscher hochauflösende und großflächige Stereo-Seq-Technologie, um zwei Teile des Telencephalon des Axocaudal abzudecken Eidechse. Räumliche Transkriptomdaten mit Einzelzellauflösung wurden in Scheiben von Hemisphären generiert. Annotation des Zelltyps, räumliche Organisation der Zelle, Genaktivitätsdynamik und Zellzustandsübergänge wurden analysiert und mechanistische Studien zur schadensinduzierten Regeneration im Vergleich zu diesen Zelleigenschaften während der Entwicklung durchgeführt. Mithilfe von Stereo-seq generierten die Wissenschaftler räumliche Transkriptomdaten für eine Reihe von Telencephalon-Schnitten, die sechs Entwicklungsstadien und sieben schadensbedingte Regenerationsstadien des Axolotl abdecken.

Daten zur Einzelzellauflösung ermöglichen es Forschern zu bestimmen, was während der Entwicklung dort passiert Es sind 33 Zelltypen vorhanden und 28 Zelltypen sind an der Regeneration beteiligt, darunter verschiedene Arten von erregenden und hemmenden Neuronen sowie mehrere Subtypen ektodermaler Zellen. Die Daten zeigen, dass es sich bei der Entwicklung um einen primitiven Epitheltyp handelt, der zu drei Subpopulationen erwachsener Epithelzellen führen kann. Sie sind in verschiedenen Regionen der ventrikulären Zone verteilt und weisen unterschiedliche molekulare Eigenschaften und potenzielle Funktionen auf.

Im Hinblick auf die Regeneration entdeckte das Forscherteam eine Subpopulation von Epithelzellen, die möglicherweise aus lokal ansässigen Epithelzellen stammen, die durch Verletzung aktiviert wurden. Diese Untergruppe von Zellen kann sich dann vermehren, um den Wundbereich zu bedecken und anschließend verlorene Neuronen durch Zustandsübergänge zu Zwischenvorläufern, unreifen Neuronen und schließlich reifen Neuronen wieder aufzufüllen. Beim Vergleich der zellulären und molekularen Dynamik des axonalen Telenzephalons von Tieren zwischen Entwicklung und Regeneration entdeckten Wissenschaftler, dass schädigungsinduzierte Epithelzellen in ihrem transkriptomischen Status entwicklungsstadiumspezifischen Epithelzellen ähneln.

Gleichzeitig beobachtete das Forschungsteam auch, dass die Regeneration des axonalen Telenzephalons von Tieren auf molekularen Kaskaden und potenziellen Zellen beruht Es zeigte sich ähnliche Neurogenesemuster wie in der Entwicklung, was darauf hindeutet, dass die Gehirnregeneration Entwicklungsprozesse teilweise rekapituliert. Räumliche Transkriptomdaten beleuchten zelluläre und molekulare Merkmale des axonalen Telencephalons während der Entwicklung und der verletzungsbedingten Regeneration. Eine weitere Charakterisierung der Aktivierung und funktionellen Regulierung von Epithelzellen könnte Erkenntnisse zur Verbesserung der Regenerationsfähigkeit des Gehirns von Säugetieren liefern.

Das Forschungsteam untersuchte das einzellige räumliche Transkriptom des Tetrapoden-Telencephalons für die Entwicklungs-, Regenerations- und Evolutionsbiologie des Gehirns. Weitere Forschung liefert nützliche Ergebnisse Daten.

Ist die Gehirnregeneration Realität? Sie müssen wissen, dass das menschliche Gehirn 86 Milliarden Neuronen hat, die miteinander verbunden sind.

Dr. Yin Gu, Mitautor des Artikels und stellvertretender Direktor von BGI-Research, sagte:

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Anhand des Axolotl als Modellorganismus haben wir wichtige Zelltypen im Gehirnregenerationsprozess identifiziert. Diese Entdeckung wird neue Ideen und Leitlinien für die regenerative Medizin des Nervensystems von Säugetieren liefern.

Ein Hauptziel der regenerativen Medizin im Zentralnervensystem ist daher nicht nur die Rekonstruktion der räumlichen Struktur von Neuronen, sondern auch der spezifischen Verbindungsmuster innerhalb ihrer Gewebe.

In der zukünftigen Forschung wird es wichtig sein, die 3D-Struktur des Gehirns zu rekonstruieren und die systematische Reaktion verschiedener Gehirnregionen während des Regenerationsprozesses zu verstehen.

Seit langem träumen Wissenschaftler davon, die Funktionsweise des Nervensystems zu verstehen, indem sie die Struktur des gesamten neuronalen Netzwerks des Gehirns kartieren.

Zum Beispiel rekonstruierte Google 2019 erstmals das 3D-Modell der Drosophila-Gehirnneuronen und kündigte dann im folgenden Jahr das Drosophila-„Halbhirn“-Konnektom an.

Jetzt haben sie einen Bilddatensatz des menschlichen Gehirns veröffentlicht.

Durch diesen Datensatz können Menschen 130 Millionen Synapsen und Zehntausende von Neuronenproben sehen, was den Menschen helfen kann, die 3D-Struktur des Gehirns zu verstehen.

Zusätzlich zu Axolotl haben Wissenschaftler erstmals die raumzeitliche Omics-Technologie verwendet, um die raumzeitliche Karte der Embryonalentwicklung oder der Organe von vier Modellorganismen zu zeichnen: Maus, Zebrafisch, Fruchtfliege und Arabidopsis thaliana.

Aktuell wurden die Forschungsergebnisse in Cell und seiner Unterzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

Was die Forschung zur Gehirnregeneration angeht, sind die Internetnutzer hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung optimistisch.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonGroßes Cover der Wissenschaft: Chinesisches Team veröffentlicht die weltweit erste Karte zur Gehirnregeneration!. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!