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极低频电磁场对中脑神经前体细胞分化的作用及其机制研究

李怡  
【摘要】: 神经前体细胞治疗正成为帕金森氏病等神经变性疾病极具前景的治疗策略。但植入正常或病变脑组织的神经前体细胞,常以星形胶质细胞向分化为主,达不到预期疗效。调控神经前体细胞向所需表型的神经细胞分化,就成为神经前体细胞移植治疗前必要的程序。 神经前体细胞的分化方向直接影响其应用效能。它的分化命运,由外部的细胞环境信号与细胞的内在“程序”共同决定。离体研究已发现NCAM、PDGF、IL-α等细胞因子可以促进神经前体细胞的神经元向分化。除细胞因子等化学信号外,细胞环境中还存在电磁等物理信号。哺乳动物神经系统塑形时,内源性电磁场的场强、时空分布对神经系统的发育始终作为一个适宜的信号发挥潜在作用。有报道,爪蟾胚胎神经元神经突可以对小到7mV/mm(相当于跨生长锥产生不到500μV的电压差)的场强感知和反应,而使神经突向着负极生长;电磁场存在时,还观察到更多的神经元分化成熟。 本研究因此将与大鼠脑电频率相近的5~40Hz频段极低频电磁场(ELF-EMFs)应用于体外调控中脑神经前体细胞分化方向的研究,旨在寻找一稳定并能有效增强神经前体细胞神经元向分化的诱导模式,并从细胞周期动力学分布、发育相关基因转录水平入手,探讨ELF-EMFs影响中脑神经前体细胞分化效应的可能机制,为神经变性疾病等的干细胞治疗更快速、有效地应用于临床提供一定的理论依据。 本研究首先采用含bFGF的无血清悬浮培养方法,获得具有自我更新和多分化潜能等干细胞样特性的新生大鼠中脑神经前 中文摘要 体细胞。在此基础上,较为系统地研究了极低频电磁场对新生大 鼠中脑神经前体细胞分化的作用及其可能的机制。本研究的主要 结果如下: 1.与自然分化的对照组相比,细胞因子I L—l Q (5 O p g/m I) 明显增加中脑神经前体细胞衍生的神经元数目; C NTF(1 0 n g/m 1)、G DN F(1 0 O n g/m 1)与天麻素(1 0。m M)呈现抑制效应; 葛根素(1 0。m M)、牛蒡子甙(1 0~m M)、人参造甙R g 1(1 0。mM) 等3种中药单体及1 7 0一雌二醇(分别1 O’’m M、1 0~mM和1 0’。 m M)对此没有影响。提示I L一1 Q是上述化学物质中唯一可用于 体外预处理移植前的中脑神经前体细胞,有望增加植入后神经元 数量的细胞因子。 2.CNTF和I L一1 a对中脑神经前体细胞神经元向分化的效应 与浓度有关:C N T F 0.1 n g/m l和I L一1 a 5 0 p g/m l组神经元向分化 百分比明显高于自然分化组:C N T F l 0 n g/m l组该比例明显低于自 然分化组,1 L一1 a l 0 0 p g/m l组无明显变化。 3.施加E L F~EM F(5 H z/8 mT)后,小剂量C N T F的促进效应增 强,特别是EM F还可使大剂量C NT F抑制神经元向分化的效应转 变为促进神经元向分化;EM F可抑制小剂量I L一1 Q促进神经元分 化的作用,但不影响大剂量I L—l Q的诱导结果。显示E M F与C N T F、 I L一1 a的共同效应不是简单的胁同或拮抗,提示EM F可能与细胞 因子共同影u向应着神经系统的发育。 4.中脑神经前体细胞分别5/1 O/3 O/4 0 H z(8 mT)及5 H z(4mT) EM F不同时程的体外处理后, 其神经元生成数量均增加, 以 2 0 H z/8 mT EM F效应最大:E L F.E M F s的此效应具有频率特异性, 场强也是影响因素; 1 0/2 0/4 0 H z(8 mT)EM F s还可增加衍生于 中脑神经前体细胞的TH阳性细胞数;但各频率EMF对神经突的 延伸均无作用。这提示具有简便、经济、条件易控制等优点的 E L F—EMF s,可能成为干细胞治疗中体外有效调控神经前体细胞 分化的新手段。 5.增殖及分化期的新生大鼠中脑神经前体细胞ne uro D、 中义摘要 mashl和 notchl基因表达的测定结果表明,neuroD基因在新生 大 鼠中 脑神经 前体细胞神经元 向 分化中 发挥关键作用。 ELF.EMFS 的促神经前体细胞神经元向分化的效应与其在转录水 平上调 neuroD mRNA的效应有关。此外,ELF-EMFs抑制中脑神 经前体细胞增殖,加速神经前体细胞退出细胞分裂周期,可能也 是 E L F.E M F S促进神经 i1)体细胞神经元向分化的机理之一。 总之,极低频电磁场在神经前体细胞分化研究中的首次应 用,拓宽了该领域研究的思路,为神经干细胞治疗的临床应用创 造了有利的条件;同时也丰富了生物电磁学的研究内容。


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