從扁平到星狀：納米仿生技術(shù)破解星形膠質(zhì)細(xì)胞研究百年困局

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大腦里有種細(xì)胞，叫星形膠質(zhì)細(xì)胞。

你可能沒聽過它，但它數(shù)量比神經(jīng)元還多，占了大腦膠質(zhì)細(xì)胞的一半以上。

以前科學(xué)家覺得它就是個(gè)“填充物”，給神經(jīng)元打打下手，遞點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)，修修“電路”。

直到最近幾十年，大家才發(fā)現(xiàn)這想法錯(cuò)得離譜它管著神經(jīng)元的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)突觸傳遞，甚至參與記憶形成，簡(jiǎn)直是大腦里的“全能管家”。

可尷尬的是，想研究它，難如登天。

為啥難？養(yǎng)不活是關(guān)鍵。

你把它從大腦里取出來(lái)，放進(jìn)培養(yǎng)皿，這家伙就“性情大變”。

本來(lái)在腦子里是星狀的，伸出好多細(xì)細(xì)的“觸角”，在培養(yǎng)皿里待幾天，就變成扁平的一大片，跟攤煎餅似的。

形態(tài)變了，功能也跟著跑偏，分泌的物質(zhì)不對(duì)，信號(hào)傳遞也亂套。

用這種“變形”的細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果能準(zhǔn)嗎？科學(xué)家們頭疼了幾十年，直到最近，一種叫納米線墊的技術(shù)，終于讓它在培養(yǎng)皿里找回了“自己”。

你想想，大腦里的環(huán)境多復(fù)雜？神經(jīng)元、血管、其他膠質(zhì)細(xì)胞擠在一起，細(xì)胞外基質(zhì)像一張細(xì)密的網(wǎng)，給每個(gè)細(xì)胞提供支撐。

可培養(yǎng)皿呢？就是塊光溜溜的塑料或玻璃。

星形膠質(zhì)細(xì)胞一到這兒，就像人突然站在冰面上，沒地方抓，沒地方靠，只能拼命伸展，把自己攤開增大接觸面積，不然就“站不穩(wěn)”。

這種“變形”不是小問題。

2018年有篇研究說，培養(yǎng)皿里的星形膠質(zhì)細(xì)胞，基因表達(dá)跟在腦子里時(shí)差了30%以上。

你研究它的突觸調(diào)節(jié)功能，結(jié)果它根本不分泌相關(guān)蛋白；你想看看它怎么應(yīng)對(duì)炎癥，它的應(yīng)激反應(yīng)完全不對(duì)。

過去幾十年好多關(guān)于星形膠質(zhì)細(xì)胞的結(jié)論，現(xiàn)在回頭看，可能都得打個(gè)問號(hào)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2023年，約翰·霍普金斯大學(xué)和意大利國(guó)家研究委員會(huì)的團(tuán)隊(duì)搞出個(gè)新東西納米線墊。

這墊子不是咱們用的海綿墊，是用二氧化鈦?zhàn)龅模厦骈L(zhǎng)滿了直徑幾十納米的“小絨毛”，每根絨毛比頭發(fā)絲細(xì)一萬(wàn)倍。

這些“絨毛”縱橫交錯(cuò)，織成一張跟大腦里細(xì)胞外基質(zhì)差不多的網(wǎng)。

你猜怎么著？把星形膠質(zhì)細(xì)胞放上去，它不攤煎餅了。

那些細(xì)細(xì)的“觸角”又長(zhǎng)出來(lái)了，伸得老長(zhǎng)，還會(huì)像藤蔓一樣在納米線上“攀爬”，形態(tài)跟在大腦里幾乎一模一樣。

更絕的是功能它開始正常分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，調(diào)節(jié)突觸的能力也回來(lái)了。

有個(gè)研究員開玩笑說：“以前養(yǎng)的是‘假細(xì)胞’，現(xiàn)在終于見到‘真容’了。”

為啥這墊子這么管用？你想想，細(xì)胞在身體里不是孤立的，周圍的環(huán)境時(shí)刻給它“信號(hào)”。

傳統(tǒng)培養(yǎng)皿太光滑，細(xì)胞接不到“正確信號(hào)”，只能瞎長(zhǎng)。

納米線墊模擬了大腦里的物理微環(huán)境，那些“小絨毛”就像給細(xì)胞遞了張“身份卡”，告訴它：“別緊張，到家了。”

光讓細(xì)胞“長(zhǎng)對(duì)樣”還不夠，還得能看清它“干啥呢”。

以前觀察細(xì)胞，得給它“化妝”用熒光染料標(biāo)記蛋白。

可這“妝”有毒，細(xì)胞待不了幾天就“累垮”了，長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀察根本做不了。

現(xiàn)在有了低相干全息斷層成像技術(shù)，不用“化妝”也能拍高清。

這技術(shù)就像給細(xì)胞裝了個(gè)“監(jiān)控?cái)z像頭”。

它用低強(qiáng)度激光穿透細(xì)胞，根據(jù)光的折射差異重建三維圖像，能看清細(xì)胞“觸角”怎么動(dòng)，突觸怎么形成，甚至能追蹤單個(gè)蛋白的運(yùn)動(dòng)。

有個(gè)研究團(tuán)隊(duì)用它觀察星形膠質(zhì)細(xì)胞應(yīng)對(duì)炎癥的過程，發(fā)現(xiàn)它的“觸角”會(huì)像“小手”一樣包裹受損突觸，速度比以前認(rèn)為的快3倍。

你可能會(huì)說，看清楚了又咋樣？用處大了去了。

比如阿爾茨海默病，患者腦子里的星形膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)“發(fā)炎”，分泌有害物質(zhì)。

以前用傳統(tǒng)培養(yǎng)的細(xì)胞做模型，根本模擬不出這種狀態(tài)。

現(xiàn)在用納米線墊培養(yǎng)患者干細(xì)胞分化的星形膠質(zhì)細(xì)胞，再用無(wú)標(biāo)記成像觀察，就能看到它怎么一步步“變壞”，哪個(gè)階段出了問題，針對(duì)性的藥物就能對(duì)著靶點(diǎn)設(shè)計(jì)。

帕金森病研究也一樣。

以前總盯著多巴胺神經(jīng)元，忽略了星形膠質(zhì)細(xì)胞。

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，患者的星形膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)“偷”神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

用納米線墊培養(yǎng)出的模型，能清晰看到這個(gè)“偷竊過程”，科學(xué)家已經(jīng)找到幾個(gè)可能的阻斷靶點(diǎn)，正在測(cè)試藥物。

當(dāng)然，這技術(shù)也不是完美的。

現(xiàn)在主要用動(dòng)物細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)，換成人類細(xì)胞，納米線的粗細(xì)、密度還得調(diào)整。

而且這墊子成本不低，想大規(guī)模用于藥物篩選，還得想辦法降低成本。

有團(tuán)隊(duì)正在嘗試用更便宜的材料，比如蠶絲蛋白做納米線，效果據(jù)說還不錯(cuò)。

科學(xué)研究就是這樣，一個(gè)小突破往往需要跨學(xué)科“組隊(duì)”。

做納米線的是材料學(xué)家，搞成像的是物理學(xué)家，研究細(xì)胞功能的是神經(jīng)科學(xué)家，缺了誰(shuí)都不行。

就像拼拼圖，以前大家各拿一塊，不知道拼出來(lái)是啥，現(xiàn)在把材料、物理、生物的拼圖湊一起，大腦的“管家”終于露出了全貌。

未來(lái)會(huì)咋樣？也許過幾年，每個(gè)神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室都有納米線墊和無(wú)標(biāo)記成像儀。

阿爾茨海默病的藥物篩選不再需要等十年，用患者自己的星形膠質(zhì)細(xì)胞做模型，幾個(gè)月就能知道哪種藥有效。

甚至可能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療抽點(diǎn)血，分化出星形膠質(zhì)細(xì)胞，在培養(yǎng)皿里試遍所有藥，選最適合你的那個(gè)。

被忽視了百年的星形膠質(zhì)細(xì)胞，終于在納米技術(shù)和成像技術(shù)的幫助下，從“背景板”走到了“舞臺(tái)中央”。

它就像大腦里的“沉默守護(hù)者”，默默干著重要的活，直到現(xiàn)在，我們才終于有機(jī)會(huì)聽懂它的“語(yǔ)言”。

這可能就是科學(xué)最迷人的地方你永遠(yuǎn)不知道，那些被忽略的“小事”里，藏著改變世界的鑰匙。