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你可能会怨恨你的皮肤是你的痤疮和头皮屑烦恼的根源,但即使是最挑剔的皮肤往往也会在你最需要它的时候有弹性。几乎每次我们被割伤或擦伤时,都会出现一个有效的奇迹:我们的皮肤会从头开始重建。当皮肤损伤严重到无法自我修复的时候,比如严重烧伤之后,医生通常只能从无害的地方移植皮肤,比如大腿内侧。新的皮肤开始生长,就好像它一直都在那里一样。

人脑仍然是医生最难修复的器官之一,更不用说重建了。

我们的大脑完全不同——人类的大脑仍然是医生最难修复的器官之一,更不用说重建了。在创伤性脑损伤(TBI)或中风后,一些患者能够在数月或数年的治疗后恢复部分丧失的能力。但即使在最好的情况下,大脑实际上也不会修复受损的部分。相反,它训练幸存的大脑回路来接管被破坏的大脑回路。

这种对受损大脑的再训练是许多脑损伤患者恢复的最佳途径。自动康复设备,比如机器人外骨骼重走,可以帮助患者在遭受脑损伤后学习如何行走,目前神经科学家正在研究beta测试大脑植入物这可以让瘫痪的病人用他们的思想来控制电脑光标或假肢。

ReWalkarticle
ReWalk是一种机器人外骨骼,可以帮助人们重新学习如何走路

然而,这两种现代的大脑康复策略都无法与烧伤患者可用的皮肤移植疗法相提并论。事实上,直到最近,对大多数科学家来说,仅仅是再生大脑的想法似乎都是可笑的,因为人们认为大脑缺乏自我修复的关键成分:干细胞。

干细胞是组织再生的主力。皮肤是一个再生的明星,因为它包含无数的皮肤特异性干细胞,称为角质形成细胞,不断产生新的皮肤细胞,无论是在健康的皮肤和受伤后发生。在神经科学历史的大部分时间里,传统观点认为大脑一定缺乏所谓的神经干细胞,因为大脑损伤通常是永久性的。

然而,1998年,神经科学家弗雷德·盖奇领导的一项开创性研究把这个教条颠倒过来研究表明,即使是老年人的大脑也有一种被称为成人神经干细胞的区域,这种细胞不断产生新生的神经元。

弗雷德规
弗雷德·盖奇索尔克研究所

突然之间,再生大脑的白日梦似乎成为了现实,但有一个重大的障碍。与角化细胞(角质形成细胞存在于我们皮肤的每一平方英寸下面)不同,成年神经干细胞数量很少,只存在于人脑的两个难以触及的角落。没有外科医生敢在病人的大脑里挖出这些干细胞来做脑组织移植。这样做可能会造成更大的损伤,而且不能保证这样的成年神经干细胞移植会有效。

任何大脑再生策略要想成功,都需要大量获得成体神经干细胞(或类似的替代品),安全地移植到特定的损伤部位,并精确地诱导成能模仿成体神经干细胞的自然行为。只有这样我们才能重建受损的神经回路。

早在2000年,要获得足够数量的人类干细胞用于任何所谓的组织移植都没有什么选择,更不用说脑组织移植了。未出生的胎儿可以提供用于研究目的的干细胞,但要想成功移植,最好是从病人自己身上获取干细胞。(个体间的皮肤移植常常由于免疫系统排斥外来组织而失败,这就是为什么烧伤患者通常接受自己身体的皮肤移植。)

2007年,由山中伸弥(Shinya Yamanaka)领导的日本研究人员克服了这个问题,他们设计了一种方法,可以将一种丰富的皮肤细胞——成纤维细胞——转化为干细胞,称为诱导多能干细胞(iPSC)。研究小组发现,激活皮肤成纤维细胞内的四个基因可以“重新编程”它们成为诱导多能干细胞,诱导多能干细胞成熟为任何类型的细胞,从肌肉细胞到血液细胞再到神经元细胞。(这一发现为山中伸弥赢得了2012年的诺贝尔奖)。

ShinyaYamanaka
山中伸弥/加州大学旧金山分校

有了这项技术,医生可以从病人身上获取皮肤成纤维细胞,将这些细胞重新编程成诱导多能干细胞,再将诱导多能干细胞培养成所需的细胞类型,然后将这些成熟的细胞移植回同一个病人体内,帮助重建身体受损的部分。唯一剩下的问题是:这个过程对脑损伤有效吗?

自从2007年山中发现这一发现以来,研究人员一直在稳步研究一种再生脑疗法。有了对神经干细胞工作原理的更好理解,科学家现在可以很容易地将皮肤成纤维细胞转化为诱导多能干细胞,然后转化为神经干细胞,最后转化为神经元。一些实验室成功通过利用诱导多能干细胞制造“大脑类器官”——一种人工合成的神经元混合物,它开始像一个微型的人类大脑皮层,悬浮在富含营养的溶液中。这些类器官非常适合研究新生神经元是如何连接的,这是将iPSCs或神经干细胞移植到人脑的先决条件。

其他人则从山中伸弥的作品中获得灵感重组的支持细胞神经胶质直接进入老鼠大脑内的神经元。这种策略避免了细胞从身体到培养皿再回到身体。就在今年,科学家们成功转化了老鼠的成纤维细胞直接进入神经干细胞使用九种药物的混合物,通过跳过最初向iPSC的转换,极大地简化了重新编程的过程。也许,大脑再生疗法可能很快成为现实的最好迹象是,全世界成千上万的科学家正在积极地研究它。

设想这样一个未来,大脑损伤不仅可以通过康复来应对,还可以通过再生来应对,这将不再是不合理的。

设想这样一个未来,大脑损伤不仅可以通过康复来解决,还可以通过再生来解决,这将不再是不合理的。这种假想治疗的细节,更不用说临床试验,至少还需要10年或20年的时间。目前,没有人能确定这种治疗是否会涉及到将重新编程的干细胞移植到大脑中,或者我们是否能够完全跳过移植,直接将已经在大脑中的支持细胞重新编程成神经干细胞。

或者,也许,仅仅是也许,第一个再生的大脑疗法将是完全不同的东西。事后解释科学发现比预测科学发现更容易。但有一点我们可以肯定:对于许多脑损伤患者来说,他们的未来看起来是光明的,因为他们长期以来一直认为自己无法完全恢复失去的东西。

主页和缩略图的图像Abhijit报告

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