近期，美國西北大學研究團隊開發了一種將誘導型多潛能幹細胞(iPS細胞)分化為神經元的培養方法，並成功創造出第一個實驗室培養的高度成熟神經元。該神經元的功能更加成熟，突觸訊號、電活動更強，且分支更多、存活率更高。這項研究使實驗室培養神經元用於移植手術更進一步，在1月12日發表於《Cell Stem Cell》。

雖然已有許多科學家將幹細胞分化為神經元，然而，這些神經元更類似於胚胎或出生後早期階段的神經元，在功能上還不成熟，長期生存能力也不佳。目前幹細胞培養技術的限制，降低了人工培養神經元在神經疾病研究中的用途。

共同通訊作者、西北大學化學系教授暨生物奈米科技研究所創始主任Samuel Stupp表示，將iPS細胞分化成神經元時，得到的會是一個年輕的神經元，但神經疾病研究所需要的是成熟的神經元，否則就如同要求嬰兒執行成年人才有能力做的任務。

為了將幹細胞培養為成熟的神經元，Samuel Stupp團隊針對神經系統微環境中相當重要的細胞外基質(ECM)，在去年開發出突破性的「跳舞分子」(dancing molecules)技術，又以此為基礎創造出「ECM模擬平台」，含有由兩親性多肽(peptide amphiphiles, PAs)所構成的超分子(supramolecular)奈米纖維支架。

(編按：超分子意旨分子與分子之間，以非共價作用力結合。兩親性多肽為兼具親水性與疏水性的肽分子。)

Stupp團隊的關鍵創新技術「跳舞分子」，是發現如何操控奈米纖維內超過10萬個分子的集體運動，使那些分子得以和快速、不斷移動的細胞受體結合。藉由模擬生物分子的運動，讓合成材料可以和細胞溝通。

在此項新研究中，研究團隊將人類iPS細胞分化為運動和皮質神經元，再放入塗佈了合成奈米纖維的「ECM模擬平台」。

結果發現，當奈米纖維與化學成分的分子運動強度愈強，運動和皮質神經元的生物活性會愈強，功能也愈成熟。

Stupp分析表示，原因是細胞膜上的受體移動地非常快速，有時是以毫秒為單位，而當奈米纖維上的訊號分子也移動得非常快，兩者更有可能同步、得以成功配對。細胞受體可能被相遇的訊號分子活化，或者是快速移動的分子促進了細胞受體的運動，進而使受體聚集、讓訊號傳遞更佳。

透過此方法，研究團隊培養出的神經元不僅更成熟，也表現出更強的訊號傳遞能力，以及更大的分支能力，讓神經元以更廣泛的突觸彼此溝通。

此外，與典型的幹細胞衍生神經元不同，這些神經元沒有聚集在一起，使其更容易維持生存。

論文通訊作者Evangelos Kiskinis認為，成熟的神經元將使人們可以瞭解與老化有關的疾病，並用於測試各種藥物，為患者找出最佳的用藥。

在此研究中，Kiskinis已將來自一名肌萎縮性側索硬化症(ALS)患者的皮膚細胞轉化成iPS細胞，再分化為運動神經元，並透過此新型培養方式進行研究，結果首次觀察到神經蛋白聚集。

研究人員也認為，隨著此項技術的進步，未來成熟的神經元將可以移植至患者身上，作為脊髓損傷或者是神經退化性疾病的一種療法，例如ALS、帕金森氏症、阿茲海默症、多發性硬化症等。

參考資料：https://www.genengnews.com/neurological-disorders/first-highly-mature-lab-grown-neurons-could-enable-transplantation-therapies/

(編譯/劉馨香)