哥伦比亚大学扎克曼研究所的科学家发现了干细胞如何转化为控制腿部运动的脑细胞的新见解。在果蝇的大脑中观察到的这一过程令人惊讶的细节可以揭示人类大脑的发育方式 - 以及出现问题时会发生什么。干细胞对医学有巨大的希望;它们变形成其他类型细胞的能力使它们可用于修复受伤 - 从心脏病发作到脑损伤。通过提供关于干细胞如何发育和成熟的关键见解，这项研究应该帮助科学家们使用干细胞来治愈。

这项研究的结果发表在本周的Neuron上。

“对于动物从卵子到婴儿的发育，一切都必须在正确的时间到达正确的地方。但是，单个系统如何表现出必要的精确度和灵活性，尤其是面对发展和环境挑战时，仍然不清楚，“哥伦比亚Mortimer B. Zuckerman思维脑行为研究所首席研究员Richard Mann博士说。论文的资深作者。“在这里，我们确定了一种巧妙的解决方案，其中两种关键和相互作用的脑细胞类型，从相同的干细胞中诞生，促进了成熟运动系统的构建。”

为了理解人类大脑的发育，研究人员研究了一种更为简单的动物，即果蝇，它们可以更容易地控制和观察细胞。他们从干细胞开始，即未分化的细胞，然后发展成为体内几乎任何细胞类型。研究人员追踪干细胞成熟为运动神经元，这是控制肌肉运动的神经细胞类型。特别是，他们专注于控制每只果蝇六条腿运动的大约50个运动神经元。

在研究干细胞发育成果蝇幼虫的运动神经元时，他们注意到在这个过程中，其中一些干细胞绕道而行。他们的一些后代或后代不再发育成与其他神经元一样的运动神经元，而是成为神经胶质细胞。胶质细胞是神经系统的关键组成部分，用于指导其生长和与其他神经元的连接。更重要的是，这些神经胶质细胞是专门为运动神经元构建支架的细胞，这些神经元是从相同的干细胞中诞生并最终控制腿部运动。

“这个过程类似于分离出生时团聚，”Mann博士，同时也是哥伦比亚大学欧文医学中心希金斯生物化学和分子生物物理学教授。“在发育生物学中有许多例子，来自不同来源的细胞将聚集在一起形成一个连贯的结构。但是在这里，我们拥有由同一个父母诞生的细胞，每个细胞都沿着自己的道路发散 - 只是在发展过程中重新团聚“。

更有趣的是，一旦早期运动神经元和神经胶质发散，它们就具有显着不同的特性。每个运动神经元的发育是硬连线的;每个细胞总是以相同的顺序诞生并达到相同的形状。

另一方面，胶质发育更具弹性。每个干细胞产生的神经胶质细胞的数量可以变化。此外，胶质细胞没有严格的出生顺序或形状。然而，不知何故，胶质细胞的最终总数总是达到相同数量 - 280 - 并且它们总是完全渗透到他们需要支持的运动神经元束中。

“看到这两种细胞类型的协调舞蹈在发展过程中被精心策划，这真是太棒了，”曼恩博士说。

虽然硬连线运动神经元发育允许肌肉协调所需的精确控制，但神经胶质的灵活发展使得系统更加健壮。如果在幼虫发育过程中发生突变或损伤，神经胶质可以适应并仍然支持运动神经元。

通过推进果蝇中可用的非常强大的成像技术，研究人员能够以前所未有的清晰度追踪这两种细胞类型的发展。

Mann博士说，该论文的第一作者Jon Enriquez博士现在在法国IGFL经营自己的实验室，他“非常有创意地使用和调整现有技术来回答重要问题”。“通过利用苍蝇中可用的谱系追踪方法，他能够对它们进行调整，以标记出两种不同颜色的同一干细胞出生的神经胶质和运动神经元。”Carol Mason，博士，另一位祖克曼研究所负责人研究员，提供电子显微镜专业知识，这是一种强大的技术，可以高分辨率观察单个细胞。

接下来，Mann博士希望探索胶质细胞如何相互协调，而不受像运动神经元那样的硬连线的影响;也许他们彼此沟通，或与运动神经元沟通。他想知道在像人类这样的脊椎动物中是否存在类似的硬连线和塑性发育。并且他假设如果疾病因疾病或受伤而受损，那么胶质细胞可以重新填充。

了解运动神经元和神经胶质细胞的协调发展可能会告诉人们在受到神经损伤后会使干细胞产生更多的神经胶质。但基础科学是第一位的。

“如果你想利用干细胞的潜力来治疗疾病或从受伤中恢复过来，”曼博士说，“了解这些干细胞在正常发育过程中对这种干细胞的作用非常重要。”

更广泛地说，了解神经系统如何发展可能会揭示它在成年人中的运作方式，参观汽车工厂的方式可能会让您更好地了解汽车，而不仅仅是在引擎盖下偷看。