前沿 中科院博士带队，成功创造体外制备【人血脑屏障】方法！将大大促进神经系统药物研发！附易科学专访钱同城

易科学专访钱同城

“研究人员在《 科学进展》（Science Advances）上发表了一篇研究论文，论文中详细描述了一种在实验室培养皿中分步诱导干细胞分化得到人类血脑屏障模型的新方法”...

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员已经开发出了一个严格定义的循序渐进的诱导分化过程最近成功开发了一套分步式定向诱导分化体系，该诱导分化体系可以将多能干细胞（图片顶部）转变成具有人血脑屏障特征的结构（图片底部），实现血脑屏障可以保护我们的大脑不受毒素和其他威胁的解剖特征。图片由：TONGCHENG QIAN，UW-MADISON提供。

血脑屏障是大脑的守护者。它是一种几乎难以穿透的细胞屏障，可以阻止毒素和其他可以进入血液循环的物质进入并伤害大脑。

凭借其独特的解剖结构，血脑屏障堪称大脑的第一道和最全面的防线。

但是除了保护大脑之外，它也会有效地阻断许多治疗各种神经病症（包括诸如中风，创伤和癌症等）的小分子药物进入大脑。

早些时候，科学家已经使用人的干细胞，在实验室培养皿中创建了血脑屏障的初步的模型，但是该模型依赖于混合细胞类型的混合物以引发复杂的化学相互作用，诱导未分化的干细胞向内胚层分化形成血脑屏障。

本周（2017年11月8日）来自威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在《 科学进展》（Science Advances）上发表了一篇研究论文，论文中详细描述了一种在实验室培养皿中分步诱导干细胞分化得到人类血脑屏障模型的新方法，通过该诱导方法得到的人类血脑屏障模型比以前的方法更为精准。这种新的人类血脑屏障模型可以用于更加广泛的细胞学研究，帮助科学家了解在脑部疾病治疗中如何绕过血脑屏障。

“该项技术最主要的进步是，使用小分子按发育进程诱导干细胞完全定向分化成血脑屏障脑内皮细胞”，威斯康星大学麦迪逊分校化学和生物工程学院化学家肖恩·帕利斯克指出，用化学因子替代共培养细胞，诱导干细胞转化成组成血脑屏障的脑血管内皮细胞，该过程是完全明确的，我们知道哪些成分在发育的什么阶段对细胞起作用。

为了开发新的分化方法，Palecek与UW-Madison化学和生物工程实验室Eric Shusta教授开展了合作。

威斯康星大学的化学和生物工程博士后研究员钱同城领导团队完成了这项研究。该团队已经通过威斯康星大学校友研究基金会（该非盈利组织管理UW-Madison的知识产权工作）申请了该流程的专利。

在干细胞科学中，能诱导干细胞成为构成人体的数百种细胞类型中的任何一种都如同一种科学艺术。通过确定不同发育阶段诱导细胞成为大脑内皮细胞的特定化学分子，威斯康星研究小组提供了一种可以应用到高通量药物研究的标准化细胞的制备方法。

“其他方法需要通过细胞共培养的方式制备人类血脑屏障，最后得到是一种混有其他细胞的混合体” Shusta解释说。“由于该方法是明确的，所以即使不是该领域的专家也能利用该方法很好地得到人类血脑屏障模型。“通过重编程技术可以将来自患者的成体细胞重新编程为胚胎干细胞样细胞（iPS），这也将使研究人员更好地了解各种神经疾病的病因和发展过程。如脑感染和多发性硬化症等在疾病的发生初期就可以得到研究。

“这是一个标准化的方法。它可以应用于更广泛的细胞组合。我们真的可以研究疾病，”Palecek认为，值得一提的是人们获得了随着细胞在各个发育阶段，跟踪细胞的变化的能力，可以帮助科学家们了解神经疾病发生过程中发生过程中的一系列细胞事件。

他补充说，这种新方法还将使医药研发部门能够大规模生产大脑内皮细胞以便用于药物研发。通过将细胞暴露于各种药物，研究人员可以评估药物的毒性和有前景的治疗方法。易科学专访钱同城

钱同城是中国科学院动物研究所胡宝洋组博士后，于2014年前往美国威斯康星大学麦迪逊分校继续从事干细胞相关的研究工作。

易科学记者Stem对钱博士进行了独家专访，以下为采访内容。

Stem：“请问你是什么时候去的UW，当时为什么会选择做血脑屏障分化的研究呢？”

钱：“血脑屏障是人身上最重要的屏障，能保护脑内神经细胞不受外界环境的影响，从而使得大脑不会很容易受到细菌病毒的入侵，也不会受到血液中有毒分子的侵害。但是正是因为血脑屏障像一道强大的墙，能挡住98%以上小分子以及100%大分子进入脑内，从而阻碍了药物对中枢神经疾病的治疗，而我们目前也没有好的体外模型来模拟这个屏障；用原来体外分化得到血脑屏障细胞的方法获得的细胞有批次之间的区别，实验重复性也不好，同时分化过程也不是十分清楚，所以我们就试着开发一种新体外分化方法得到人类的血脑屏障细胞”

Stem：“在以前的研究中做出的细胞好像是混合细胞不适合做实际应用？”

钱：“是的，以前的分化体系没有改变任何信号转导的过程，而是让细胞在单一的培养液中自主分化得到的，所以出现了两种细胞类型。”

Stem：“这样啊！确实这种分化获得的细胞批次差异太大，不适合大规模做研发用。你们当时在设计课题时有具体的分化信号吗？”

钱：“因为血脑屏障主要是由血脑屏障内皮细胞构成，这种细胞在发育上的来源属于mesoderm（中胚层），所以我们希望来模拟发育过程中mesoderm所涉及的信号；我们开始用了激活wnt信号通路的方法，同时也考虑到了血脑屏障发育中涉及的其它信号通路，比如文章中用了retinoic acid。”

Stem：“这种尝试是不是经过很多次的摸索，经历了很多失败，这个实验一共进行了多久才完成的呢？”

钱：“一开始我们用的培养液中含有BSA，用很高浓度的wnt信号激活分子也无法起作用，后来我们换成了基础培养液，wnt信号激活分子在很低的浓度下就可以激活该通路，即便这样也是在经过好多次实验后才成功了一次，重复性也不是很好。后来在实验过程中发现还有一个很重要的因素被我们忽略了，那就是细胞的密度；不同的细胞密度，虽然能在化学分子作用下诱导细胞分化到mesoderm，但是不能得到我们想要的具有功能的内皮细胞。我们猜测这个细胞分化过程可能非常复杂。“

Stem：“细胞密度！？这是为什么呢？那后面是通过调整细胞密度解决的吗？”

钱：“目前我们也不太了解有哪些具体的信号通路参与到由于细胞密度影响的血管内皮细胞的发育过程中，但我们发现细胞在某个特定密度的范围之内，就能得到具有很好功能的血脑屏障血管内皮细胞。”

Stem：“时间也不早啦，最后可以简单说一下这个工作后续会怎样进行，以及这个分化方法在实际应用或者说药物研发方面的意义吗？”

钱：“后续我们可以用这个模型批量生产血脑屏障血管内皮细胞，效率很高。这些细胞可以用来做药物筛选。我们也可以用病人的细胞来分化成血脑屏障血管内皮细胞，用来做疾病模型，研究跟血脑屏障相关的疾病发展机理。这个工具为我们打开了研究人类血脑屏障的大门。”



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