科学の大表紙: 中国チームが世界初の脳再生マップを公開!

人間の脳は10%しか発達しないというのは本当ですか?

#映画「スーパーボディ」では、ヒロインのルーシーが偶然、脳の潜在能力を 100% 発揮します。

身体の急速な進化に伴い、彼女はますます多くの超能力を習得しました。外国語を瞬時にマスターし、脳波を使用すると、物体を空間内で移動させたり、物体の形状を自由に変えることができます...

脳のニューロンは発達を続ける 可能性の 1 つは、私たちの脳細胞には再生能力があるということです。

#現在、脳を再生できる生物は世界で唯一、おバカでかわいい“幻獣”サラマンダー。

#しかし、人間は脳の再生を達成できるのでしょうか?

#最近、BGI 生命科学研究所が率いるチームは、サンショウウオの脳再生に関する最初の時空間マップを完成させ、脳の損傷がどのように自然に治癒するかを明らかにしました。

# これは世界初の脳再生の時空地図であり、研究結果は9月2日付けのサイエンス誌の表紙に掲載されました。

脳再生の最初の時空地図

再生能力といえばトカゲ尻尾はもう再生できません。

さらに、コウモリの羽、ゼブラフィッシュの心臓、サメの歯、ヒトデの手足などはすべて再生可能です。

# 生物学的な「脳」の再生能力だけが科学者を魅了しています。

この記事 シングルセルステレオ配列により、アホロートルの脳再生に関与する誘導前駆細胞が明らかに アホロートルの脳再生について紹介します地図。

論文アドレス: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

#脳の再生を研究するには、研究を実施するための適切なモデルを見つける必要があります。

#最終的に、研究チームは、脳を再生できる世界で唯一の生き物、メキシコのアホロートルを選びました。

「六角形の恐竜」とも呼ばれるサンショウウオの一種で、手足、尾、目、皮膚、肝臓を再生できるほか、さらに、脳も再生することができます。

##サンショウウオの終脳の発達と再生

これを科学者が再生に関する問題を研究するための重要なモデル生物として使用できないでしょうか?

ここで、この研究のキーテクノロジーである時空間オミクス技術 (Stereo-seq) について触れなければなりません。

この技術を使用すると、科学者はアホロートルの脳発達の 6 つの重要な時期における細胞分子の変化する状態をはっきりと確認できる写真を撮影できます。サンショウウオの脳の発達の地図。

#脳の再生には、時間と領域に固有の方法で複雑な反応を調整する必要があります。このプロセスに関与する細胞の種類と分子を特定することで、脳の再生に関する科学者の理解が進むでしょう。

# しかしながら、哺乳類の脳の限られた再生能力と、細胞や細胞での再生プロセスの機構的理解が不完全であることによって、この分野の進歩は妨げられてきました。分子レベルで妨げられる。前述のメキシコのアホロートルは、損傷した付属器官や脳を含む複数の内臓を再生することができます。

# したがって、このサンショウウオは科学者にとって脳の再生を研究するための理想的なモデルとなっています。脳再生のメカニズムを理解するには、科学者は大規模なデータ収集と分析を可能にして、複雑な細胞応答と分子応答を同時に解読できる研究ツールも必要とします。

#第一に、科学者たちは、この研究で脳の再生と発達のプロセスを比較すれば、脳の性質について新たな理解が得られると考えています。再生。

#そこで研究チームは、軸索動物の左終脳の外側口蓋領域のごく一部を切除し、再生プロセスの複数の段階から組織サンプルを収集しました。次に、発達の複数の段階にある軸虫類の終脳から組織サンプルを収集しました。

#研究者らは、高精細かつ大規模フィールドのステレオ seq テクノロジーを使用して、終脳の両半球をカバーするスライスから単一スライスを生成しました。セルラー解像度。細胞タイプの注釈、細胞の空間構成、遺伝子活性ダイナミクス、および細胞状態遷移が分析され、発生中のこれらの細胞特性と比較された損傷誘発再生の機構研究が行われました。科学者らは、ステレオ seq を使用して、アホロートルの 6 つの発生段階と 7 つの損傷誘発再生段階をカバーする一連の終脳スライスの空間トランスクリプトーム データを生成しました。

単一細胞分解能データにより、研究者は発生中に存在し、28 種類の細胞の再生に関与する 33 種類の細胞を特定することができました。 、さまざまなタイプの興奮性ニューロンと抑制性ニューロン、およびいくつかの外胚葉細胞サブタイプが含まれます。

データは、発生学的に、脳室帯に分布する成体上皮細胞の 3 つの部分集団を生じさせる可能性がある原始的なタイプの上皮を明らかにしています。分子の特性と潜在的な機能。

#再生の観点から、研究チームは、損傷によって活性化された局所常在上皮細胞に由来する可能性のある上皮細胞の亜集団を発見しました。この細胞集団は、創傷領域を覆うように増殖し、その後、中間前駆細胞、未熟ニューロン、そして最終的には成熟ニューロンへの状態遷移を通じて、失われたニューロンを補充します。

科学者たちは、動物の軸索終脳の発生と再生の間の細胞および分子の動態を比較したところ、損傷によって誘導された上皮細胞のトランスクリプトーム状態に大きな変化があることを発見しました。 . 側面は発生段階特異的な上皮細胞に似ています。

#同時に、研究チームは、軸索終脳の再生が、分子カスケードと潜在的な細胞の観点から発生時と同様に動作することも観察しました。これは、脳の再生が発達過程を部分的に再現していることを示唆しています。空間トランスクリプトーム データは、発生および損傷誘発性再生中の軸索終脳の細胞および分子の特徴を強調します。上皮細胞の活性化と機能制御をさらに特徴づけることにより、哺乳類の脳の再生能力の向上に関する洞察が得られる可能性があります。

研究チームによる四足動物の終脳の単一細胞空間トランスクリプトームの研究は、発生、再生、進化の脳生物学に関するさらなる研究に有用な情報を提供します。 。

脳の再生は現実なのでしょうか？

人間の脳には 860 億個のニューロンがあり、それらは互いに接続されていることを知っておく必要があります。

この論文の共同責任著者であり、BGI-Research の副所長であるイン・グ博士は次のように述べています。

アホロートルをモデル生物として使用して、脳再生中の主要な細胞タイプを特定しました。この発見は、哺乳類の神経系の再生医療に新しいアイデアと指針を提供するでしょう。

したがって、中枢神経系における再生医療の主な目標は、ニューロンの空間構造だけでなく、ニューロンの特定のパターンも再構築することです。組織内のつながり。

#将来の研究では、脳の 3D 構造を再構築し、再生プロセス中のさまざまな脳領域の系統的な反応を理解することが重要になります。

科学者は、脳全体の神経ネットワークの構造をマッピングすることで、神経系がどのように機能するかを理解することを長い間夢見てきました。

たとえば、Google は 2019 年にショウジョウバエの脳ニューロンの 3D モデルを初めて再構築し、翌年ショウジョウバエの「半脳」を発表しました。 . 接続グループ。

#今回、彼らは人間の脳の画像データセットをリリースしました。

このデータセットを通じて、人々は 1 億 3,000 万のシナプスと数万のニューロン サンプルを見ることができ、人々の理解を助けることができます。脳の 3D 構造。

アホロートルに加えて、科学者たちは時空間オミクス技術を使用して、初めてマウス、ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエ、シロイヌナズナの 4 つのモデル生物の胚をマッピングしました。時間、発生または器官の時空間マップ。

#現在、研究結果は Cell およびそのサブジャーナル Developmental Cell に掲載されています。

脳再生に関する研究に関して、ネチズンは今後の発展に楽観的です。

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