神经退行性疾病模型可以在哪里应用?

42624时新型冠状病毒肺炎疫情最新情况

426024时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例1824例。其中境外输入病例6例(广西2例,四川2例,浙江1例,广东1例),含2例由无症状感染者转为确诊病例(浙江1例,广东1例);本土病例1818例(上海1606例,江西56例,吉林51例,北京31例,黑龙江25例,浙江16例,江苏8例,内蒙古7例,山东6例,河南3例,湖南2例,四川2例,河北1例,山西1例,安徽1例,福建1例,重庆1例),含1308例由无症状感染者转为确诊病例(上海1253例,吉林31例,浙江15例,江苏4例,山东3例,江西1例,四川1例)。新增死亡病例48例,均为本土病例,在上海;无新增疑似病例。

当日新增治愈出院病例3728例,其中境外输入病例14例,本土病例3714例(上海2639例,吉林967例,广东33例,江苏15例,黑龙江11例,山东9例,山西6例,浙江4例,福建4例,河南4例,陕西4例,海南3例,北京2例,辽宁2例,四川2例,青海2例,天津1例,河北1例,内蒙古1例,安徽1例,江西1例,湖南1例,云南1例),解除医学观察的密切接触者51545人,重症病例较前一日减少23例。

境外输入现有确诊病例195例(无重症病例),无现有疑似病例。累计确诊病例18141例,累计治愈出院病例17946例,无死亡病例。

截至42624时,据31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告,现有确诊病例26774例(其中重症病例318例),累计治愈出院病例175431例,累计死亡病例4876例,累计报告确诊病例207081例,无现有疑似病例。累计追踪到密切接触者3235941人,尚在医学观察的密切接触者410877人。

31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者12474例,其中境外输入70例,本土12404例(上海11956例,辽宁102例,吉林80例,江苏76例,山东66例,江西41例,浙江31例,河南14例,河北13例,安徽8例,黑龙江7例,北京3例,云南3例,湖北2例,广西2例)。

当日解除医学观察的无症状感染者32054例,其中境外输入62例,本土31992例(上海30534例,吉林1097例,江苏75例,河北49例,安徽38例,河南36例,山东28例,云南22例,浙江21例,广西20例,山西15例,辽宁14例,福建13例,广东8例,黑龙江7例,江西7例,陕西2例,青海2例,内蒙古1例,四川1例,甘肃1例,兵团1例);当日转为确诊病例1310例(境外输入2例);尚在医学观察的无症状感染者225249例(境外输入602例)。

累计收到港澳台地区通报确诊病例397460例。其中,香港特别行政区329356例(出院58804*,死亡9274例),澳门特别行政区82例(出院82例),台湾地区68022例(出院13742例,死亡856例)。

国家卫生健康委426日通报,河南省发现一例人感染H3N8禽流感病例。

患儿,男,4岁,现居河南省驻马店市,发病前患儿家中曾饲养鸡和乌鸡,家周边有野鸭活动。45日出现发热等症状,10日因病情加重收入当地医疗机构救治。24日,中国疾控中心对河南省送来的患者标本开展检测,结果为H3N8禽流感病毒阳性。河南省对患儿的密切接触者开展医学观察和采样检测,未发现异常情况。

国家卫生健康委已指导河南省按照相关方案开展防控,并组织专家开展风险评估。专家初步评估认为,此次H3N8禽流感病毒为禽源性,尚未具备有效的感染人的能力。全球既往在马、狗、禽和海豹上检测出H3N8病毒,但未见H3N8人间病例报道。此次疫情为一次偶发的禽到人的跨种属传播,发生大规模传播流行的风险低。专家建议,公众在日常生活中应避免接触病死禽类,尽量避免直接接触活禽类;注意饮食卫生,食品加工过程中要做到生熟分开;提高自我防护意识,发现有发热及呼吸道症状者,应戴上口罩,尽快就诊。

2022年科技援藏工作座谈会在京召开

  为持续提高西藏自治区疾控中心科研水平,推动其包虫病防治研究国家卫生健康委重点实验室建设期验收工作,中国疾控中心于2022420日在中心北区组织召开了“2022年科技援藏工作座谈会”。西藏自治区卫生健康委副主任夏刚,中国疾控中心副主任再那吾东·玉山,西藏自治区疾控中心主任李景中、寄生虫病防治所副所长庞华胜,中国疾控中心相关直属单位及总部相关处室负责人和专家等共计20余人参加了会议。

  再那吾东·玉山副主任强调,援藏工作是中国疾控中心一项非常重要的任务,其中各单位需发挥科研优势,秉承智力援助和科技援助相结合的理念,坚持整体推进和重点突破相协调的原则,着力推动解决一些制约西藏疾控发展的科技难题。为推动西藏自治区包虫病防治委重点实验室建设,要求中心相关单位积极配合,全力以赴指导自治区疾控中心委重点实验室复审工作。 

  夏刚副主任衷心感谢中国疾控中心多年来对西藏疾控工作的无私援助和悉心指导,强调西藏疾控事业的发展离不开中国疾控中心的大力支持。同时提出下一步工作将聚焦西藏疾控体系改革,以委重点实验室作为抓手和突破点,通过科技力量拓展传染病重点实验室建设,从而科技助力西藏疾控发展。

李景中主任汇报了委包虫病防治研究重点实验室建设期相关工作进展,提出目前存在的问题与困难。中国疾控中心传染病所、寄生虫病所、环境所、科技处及传染病管理处的相关负责人和专家对西藏自治区疾控中心委重点实验室建设相关工作对标对点地进行了讨论,就有关委重点实验室复审及自治区疾控中心拟申报自治区重大传染病重点实验室工作提出了诸多建设性意见。

  426日,民政部举办2022年第二季度例行新闻发布会。民政部新闻发言人贾维周在会上介绍,今年一季度,民政部全面落实各项社会救助政策,进一步推进由急难发生地直接实施临时救助。指导吉林、上海、山东等受疫情影响较大省份民政部门结合实际情况,灵活运用各项救助政策,扎实开展因疫遇困群众救助。截至今年2月底,全国共有城乡低保对象4157万人,全国城乡低保平均标准分别达到每人每月711元、530元,同比分别增长5%/article/.cn/n1//c14739-.cn/n1//c14739-.cn/n1//c14739-.cn/n1//c46.html

近日,世卫组织称,目前,全球已出现至少169例儿童肝炎病例,其中1例死亡。仅在英国,就有114名儿童患病,其中10名需要进行肝移植。

据介绍,4月以来,英国首先出现这一不明原因肝炎病例,感染者通常为健康、年轻的儿童。

截至421日,报告病例的国家除英国外,还包括美国、西班牙、以色列、丹麦、爱尔兰、荷兰、意大利、挪威、法国、罗马尼亚和比利时。

据日本放送协会(NHK)消息,日本厚生劳动省称,该国有一名16岁以下儿童疑似出现此前在欧美多地发现的不明原因急性肝炎症状,目前正在住院治疗。

消息指出,这是日本国内首次出现该肝炎的疑似病例。

世卫:暂与接种新冠疫苗无关

据了解,许多已报告病例症状包括腹泻、呕吐,大部分病例没有发热症状,且所有报告病例均未检测出甲、乙、丙、丁、戊这五种常见肝炎病毒。

世卫组织表示,由于绝大多数受影响儿童没有接种新冠疫苗,目前不支持有关新冠疫苗副作用的假设。世卫组织正在密切监测情况,并与英国卫生当局等相关方进行合作。

英国卫生官员:与腺病毒感染有关

当地时间25日,英国卫生安全局表示,越来越多的证据表明,一种常见病毒与近期一些幼儿中发生的罕见肝炎病例有关。英国卫生安全局表示,一种名为F41的腺病毒看起来是最可能的致病原因。

英国临床和感染专科主任米拉·钱德表示,通过有关部门调查收集的信息越来越多地表明,儿童突发性肝炎的增加与腺病毒感染有关。

希腊专家吁遵守卫生措施做好防范

据希腊《中希时报》报道,针对最近出现的不明原因儿童肝炎病例,希腊雅典比雷埃夫斯医生协会主席玛蒂娜·帕戈尼呼吁严格遵守卫生措施,并表示肝炎是一种传染病,需要通过一定的手段来控制其传播。

玛蒂娜在接受当地媒体采访时说:“幼儿肝炎的感染主要是5-6岁以下的儿童,这让我们感到担忧,因为在10%的患病儿童中,我们都不得不进行移植手术。当然,手术都很成功,但是根据数据,仍有一个患者因此死亡。”

玛蒂娜强调,没有必要因此惊慌失措,因为目前肝炎的治疗方式和方法很成熟。“父母需要注意其子女有无肝炎症状,如呕吐和腹泻等胃肠道功能失调,如果发现,他们应该立即与儿科医生联系。所有人都应该严格遵守卫生措施,因为肝炎是会传染的。”

希腊著名医学家马约基尼斯教授发表了一篇关于儿童急性肝炎病例的文章。这位教授的预测令人担忧。他预测病例会增加,而人们现在所见的是一种非常罕见的疾病并发症。

希腊公共卫生组织发表声明,指导临床医生对16岁以下出现无明确病因的肝炎症状的儿童保持警惕和警觉,以便及早诊断治疗。

近日发表在英国《自然》杂志上的一项免疫学研究显示,接种为原始新冠病毒研发的mRNA疫苗第三针与仅接种两针相比,可以增强免疫系统产生广谱中和抗体的能力,其中包括可以中和奥密克戎变异株的抗体。这些发现有助于解释基于原始新冠病毒毒株研发的mRNA疫苗作为加强针为何对新近产生的变异株仍然有效。

  美国洛克菲勒大学研究人员米歇尔·纽森茨威格及其同事此次对42名接种过三针mRNA疫苗的人(8名接种莫德纳,34名接种辉瑞-BioNTech)的血液样品进行了分析,这些血液分别在接种第一针、第二针和第三针后收集。研究参与者中无人感染过新冠病毒。研究人员观察到第三针后的血样相比第二针后的血样,记忆B细胞的范围有所增加(记忆B细胞可以迅速针对新冠病毒做出反应并产生抗体)。这些细胞产生的抗体相比第二针后细胞产生的抗体,在中和新冠病毒时显示出更好的广度和更强的效力。这些抗体中有50%以上可以中和奥密克戎变异株。

研究团队指出,第三针后抗体效力的提升是因为新出现的记忆B细胞产生的抗体可以靶向更多的受体结合域(病毒的一部分,有利于进入宿主细胞)。他们补充说,尽管第三针提高了针对多种新冠病毒变异株的抗体反应,但并不能完全预防突破性感染。

或是抗病毒药物重要新靶点

  据25日发表在《脂质研究》杂志上的一项研究,英国卡迪夫大学科学家首次详细说明了新冠病毒脂质包膜的分子组成,并表示它可能成为抗病毒药物的重要新靶点。

  了解新冠病毒脂质包膜的构成可帮助实现选择性的治疗靶向,同时避免破坏宿主细胞膜。研究人员猜测,与刺突蛋白不同,包膜不会受到病毒突变的影响,所以它将是一个始终如一的靶标。

  此次,研究团队使用质谱仪创建了一张新冠病毒的脂质包膜的详细图谱,发现它主要由磷脂组成,但与健康的宿主细胞膜不同,它含有非常少的胆固醇。这些发现表明,有机会通过药物治疗靶向口腔中的病毒,而不会对人体自身细胞造成附带损害。

  此外,为了测试一种含有表面活化剂(一种破坏脂质的化学物质)的含漱液是否可降低口腔中的传染性,研究人员对新冠肺炎住院患者进行了一项小规模的临床试验。

  在这项试验中,27名患者接受了4种不同类型的口腔漱口水中的一种。这4种漱口水中,两种含有氯化十六烷基吡啶(CPC),一种含有聚维酮碘,另一种含有生理盐水。

  试验发现,所有4种含漱口水在漱口后1分钟都降低了唾液中的病毒载量。最有效的是含有CPC和肉豆蔻酸异丙酯的漱口水,接受该种漱口水的患者在初次冲洗后的60分钟内,几乎没有发现口腔中存在活病毒。其他含有聚维酮碘或无菌盐水等化合物的配方降低病毒载量的效果最差,仅在60分钟时才显著发挥作用。而含有CPC和苯甲酸盐的漱口水没有显示出持久的效果,病毒载量仅在1分钟内显著降低,因为苯甲酸盐降低了CPC杀死病毒的能力。这表明配方是“关键”。

  研究表明,在医疗保健环境中,特定配方的漱口水可靶向脂质包膜,从而在一定程度上限制新冠肺炎传播,它也可能是预防和控制流感等其他呼吸道感染病毒的有效途径之一。

  研究人员警告称,漱口水不能针对下呼吸道中的任何病毒。然而,目前尚不清楚新冠病毒是上呼吸道还是下呼吸道感染引起的。

中国临床试验注册中心官网显示,2022年共有5项连花清瘟治疗新冠肺炎的临床试验登记,包括:

联合标准治疗比较连花清瘟胶囊和安慰剂治疗轻、中度COVID-19患者有效性和安全性的随机、双盲、国际多中心临床研究;

连花清瘟治疗新型冠状病毒Omicron变异株感染患者的有效性研究;

连花清瘟胶囊治疗新型冠状病毒肺炎无症状感染者的随机、双盲、安慰剂对照临床研究;

连花清瘟胶囊/颗粒对新型冠状病毒肺炎隔离人群预防效果的实效性整群随机对照临床研究;

连花清瘟治疗新型冠状病毒无症状感染者和轻型确诊病例的实效性整群随机对照研究。

第一项研究的最早登记时间是今年211日,旨在评价连花清瘟胶囊治疗轻、中度COVID-19成人患者的临床有效性、安全性和经济性。 该研究的负责人是广州医科大学第一附属医院专家,广州呼吸疾病研究所副所长,国家呼吸系统疾病临床医学研究中心副主任郑劲平,与钟南山院士关系密切;主办单位是广州医科大学附属第一医院;实施地点包括中国、泰国、柬埔寨、越南、新加坡多个国家的医院;实施时间从202211日到20221231日。

试验计划招募860名受试者,分为2组:连花清瘟胶囊组和安慰剂对照组,干预措施是标准治疗+连花清瘟胶囊/安慰剂,4/次,一日3次。

第三项研究的登记时间是329日,旨在评价连花清瘟胶囊治疗新型冠状病毒肺炎无症状感染者的临床疗效。研究负责人是上海交通大学医学院附属瑞金医院副院长、上海市内分泌研究所所长宁光院士;主办单位和研究地点均是上海交通大学医学院附属瑞金医院;实施时间从2022328日到2022630日。

该试验计划招募1600名受试者,分为2组。干预措施是连花清瘟胶囊,胶囊4/次,一日3次;安慰剂,4/次或1/次,一日3次。

  科技日报记者从中国科学技术大学了解到,该校生命科学与医学部施蕴渝院士、张亮副研究员日前在《生物学杂志》发表的综述文章,详细阐述了线粒体的生理功能及其在多种神经退行性疾病的发生发展过程中的重要作用。

  文章指出,线粒体是一种重要的细胞器,它在真核生物的能量产生和代谢中起重要作用,也通过参与脂代谢、铁代谢、氨基酸合成、血红素合成、钙离子平衡、天然免疫响应等多种途径影响细胞的稳态。

  文章认为,作为真核生物中特有的细胞器,线粒体具有其独立的RNA聚合酶体系和特殊的线粒体核糖体用以完成线粒体基因的转录和翻译。与细胞质的转录翻译工具不同,研究发现线粒体rRNAtRNA上存在很多的修饰,这些修饰对于线粒体核糖体大小亚基的生成与组装、基因转录、翻译等都起着关键作用,进而影响线粒体基因表达稳态的维持等。

  文章分析了在神经系统中线粒体调度的关键机制。作为细胞的能量工厂,线粒体不仅为大脑和神经系统的生长、功能发挥和再生提供三磷酸腺苷(ATP),还肩负着维持钙离子稳态等重任。而神经元细胞具有很长的轴突和复杂的树突,因此需要将线粒体运输及锚定到轴突和树突,以保证给这些代谢活跃区域提供ATP

  文章认为,人体自身的免疫系统是人体对病原体以及环境中各种危险因素的防卫系统,而功能障碍的线粒体会被人体免疫系统识别,诱发炎症反应。持续的线粒体受损会引起慢性炎症,在中枢神经系统中,慢性炎症引起的神经元细胞死亡可能是神经退行性疾病的主要原因。

这一研究成果全面概述了线粒体与神经退行性疾病的关系,为疾病的诊治奠定了基础。

AG碱基转换基因编辑技术,最后一块拼图补齐

韩国基础科学研究所(IBS)基因组工程中心研究人员开发了一种新的基因编辑平台,称为类转录激活因子效应相关脱氨酶(TALED)。TALED是能够在线粒体中进行AG碱基转换的碱基编辑器。这一发现是长达数十年治愈人类遗传疾病之旅的结晶,而TALED,也被认为是基因编辑技术中最后缺失的一块拼图。研究成果发表在最新一期《细胞》杂志上。

  “基因剪刀”的魔力与缺憾

  从1968年第一个限制性内切酶的发现、1985年聚合酶链式反应的发明到2013CRISPR介导的基因组编辑的示范,生物技术的每一个新突破发现都进一步提高了操纵DNA的能力。特别是,新近开发的CRISPRCas系统(“基因剪刀”)允许对活细胞进行全面的基因组编辑。这为通过编辑人类基因组中的突变来治疗以前无法治愈的遗传疾病开辟了新的可能性。

  虽然基因编辑在细胞的核基因组中取得了很大的成功,然而,科学家们在编辑拥有自己基因组的线粒体方面并不成功。线粒体,即所谓的“细胞的动力室”,是细胞中的微小细胞器,充当能量产生工厂。由于它是能量代谢的重要细胞器,如果基因发生突变,则会导致与能量代谢相关的严重遗传疾病。

  韩国IBS基因组工程中心主任金镇秀解释说:“由于线粒体DNA缺陷,出现了一些非常严重的遗传性疾病。例如,导致双眼突然失明的Leber遗传性视神经病变是由线粒体DNA中的简单单点突变引起的。”另一种线粒体基因相关疾病包括伴有乳酸性酸中毒和卒中样发作的线粒体脑肌病,它会缓慢破坏患者的大脑。一些研究甚至表明,线粒体DNA异常也可能是阿尔茨海默病和肌肉萎缩症等退行性疾病的原因。

  线粒体DNA可以编辑了

  线粒体基因组遗传自母系。线粒体DNA中有90个已知的致病点突变,总共影响至少5000人中的1人。由于向线粒体递送方法的限制,许多现有基因组编辑工具无法使用。例如,CRISPRCas平台不适用于编辑线粒体中的这些突变,因为引导RNA无法进入细胞器本身。

  “另一个问题是缺乏这些线粒体疾病的动物模型。这是因为目前不可能设计出创建动物模型所需的线粒体突变。”金镇秀补充道,“缺乏动物模型使得开发和测试这些疾病的治疗方法变得非常困难。”

  因此,编辑线粒体DNA的可靠技术是基因组工程的前沿领域之一,为了征服所有已知的遗传疾病,必须探索这一前沿领域,世界上最优秀的科学家多年来一直在努力使其成为现实。

  2020年,由美国哈佛大学博德研究所和麻省理工学院刘如谦领导的研究团队创建了一种新的碱基编辑器,名为DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器,可从线粒体中的DNA进行CT转换。这是通过创造一种称为碱基编辑的新基因编辑技术来实现的,该技术将单个核苷酸碱基转化为另一个碱基而不会破坏DNA。但是,这种技术也有其局限性。它不仅仅限于CT转换,而且主要限于TC基序,使其成为有效的TC-TT转换器。这意味着它只能纠正90个已确认的致病性线粒体点突变中的9个,也就是10%。长期以来,线粒体DNAAG转换被认为是不可能的。

  研究第一作者赵兴义说:“我们开始思考克服这些限制的方法。因此,我们创建了一个名为TALED的新型基因编辑平台,可实现AG的转换。我们的新碱基编辑器极大地扩展了线粒体基因组编辑的范围。这不仅可为建立疾病模型作出巨大贡献,还可为开发治疗方法作出巨大贡献。值得注意的是,其在人类mtDNA中能够进行AG的转化可纠正90种已知致病性突变中的39种,约为43%。”

  研究人员通过融合三种不同的成分创造了TALED。第一个组分是转录激活子样效应子,它能够靶向DNA序列。第二个组分是TadA8e,一种用于促进AG转化的腺嘌呤脱氨酶。第三个组分DddAtox,是一种使DNA更容易被TadA8e获取的胞嘧啶脱氨酶。

  TALED的一个有趣的方面是TadA8e在具有双链DNA的线粒体中执行AG编辑的能力。这是一种神秘的现象,因为TadA8e是一种已知仅对单链DNA具有特异性的蛋白质。金镇秀说:“以前没有人想过使用TadA8e在线粒体中进行碱基编辑,因为它应该只对单链DNA具有特异性。正是这种跳出框框的思维方法真正帮助我们发明了TALED。”

  诺贝尔奖级别的成果

  研究人员推测,DddA tox允许通过瞬时解开双链来访问双链DNA。这个转瞬即逝的临时时间窗口允许TadA8e作为一种超快作用的酶,快速进行必要的编辑。除了调整TALED的组件外,研究人员还开发了一种能够同时进行AGCT碱基编辑以及仅进行AG碱基编辑的技术。

  研究团队通过创建包含所需mtDNA编辑的单个细胞衍生克隆来展示这项新技术。他们发现TALED既不具有细胞毒性,也不会导致mtDNA不稳定。此外,核DNA中没有不良的脱靶编辑,mtDNA中的脱靶效应也很少。研究人员现在的目标是通过提高编辑效率和特异性来进一步改善TALED,最终为纠正胚胎、胎儿、新生儿或成年患者中的致病mtDNA突变铺平道路。研究团队还专注于开发适用于叶绿体DNAAG碱基编辑的TALED,叶绿体DNA编码植物光合作用中的必需基因。

基础科学研究所科学传播者苏威廉称赞道:“我相信这一发现的意义可与2014年获得诺贝尔奖的蓝色LED的发明相媲美。就像蓝色LED是让我们拥有高能效白光LED光源的最后一块拼图一样,预计TALED将迎来基因组工程的新时代。”

对白领蓝领的关注均不能“缺位”

  425日至51日是职业病防治法宣传周。一直以来,职业病防治工作的重点大多聚焦在“蓝领”人士,对“白领”人士的工作压力、职业紧张等问题难以界定。

  在425日国家卫生健康委召开的新闻发布会上,国家卫生健康委职业健康司司长吴宗之表示,不仅要关注像尘肺病、职业中毒、噪声聋等传统的职业病防治,也要关注工作压力、心理健康、肌肉骨骼系统疾病等工作相关疾病的预防。不仅要关注一线的“蓝领”职工,也要关注“白领”职工。

  警惕新型职业病并做好预防

  “白领”人士因工作压力大、工作超时造成的职业紧张、腰背痛等算不算职业病?它们当前未被纳入职业病目录,后续是否会更新?

  “依据职业病防治法,职业病是劳动者在职业活动中因接触粉尘、放射性物质和其他有毒、有害因素而引起的职业病。”中国疾控中心职业卫生首席专家李涛表示,“996”带来的职业紧张和腰背痛目前没有列在职业病分类目录,所以说它还不能算职业病。

  但职业病防治法中的条款体现了对没有纳入职业病目录的疾病也应积极预防的思想,要求“用人单位的设备、工具、用具等设施应符合劳动者生理、心理健康的要求”。

  李涛解释,职业紧张,顾名思义是由于职业活动导致的精神和心理上的紧张;腰背痛,是由于工作导致腰背部长期过度负荷或不良作业方式而引起的与工作有关的疾病。既然是与工作相关的疾病,用人单位就应当采取积极的措施来进行预防,对没有纳入目录的工作相关疾病,应加大疾病预防知识普及力度,持续提升职业人群健康素养与技能,努力实现劳动者少得病、不得病的目标。

  2021127日,国家卫生健康委等17个部门联合印发了《国家职业病防治规划(20212025年)》,规划以保障劳动者职业健康为出发点和落脚点,强调既要做好传统职业病的防控,又要兼顾新型职业病危害的预防。

  “新时代职业健康工作面临新的要求,落实职业健康保护行动,要从以治病为中心转变到以健康为中心。”吴宗之说,要全面开展职业健康保护行动,在全社会营造浓厚的职业健康文化氛围。加强职工心理健康、肌肉骨骼系统疾病等工作相关疾病的预防。积极开展健康企业建设、争做“职业健康达人”系列活动,大力推进重点人群职业健康素养监测。

  修订相关办法破解“职业病鉴定难”

  “蓝领”人士在接触粉尘、化学因素、物理因素、放射性因素等6大类因素时造成的职业病虽被纳入保护范围,但此前存在鉴定难的问题。以尘肺病为例,其平均潜伏期超过10年,许多劳动者在发病前在多个用人单位工作,一些农民工甚至没有签订劳动合同。在多年后的职业病诊断时无法证明与用人单位的劳动关系,也不能证明其接触的职业病危害因素及危害程度,最终可能导致职业病难鉴定,无法享受职业病的相关待遇。

  “针对社会反映的职业病诊断难,全国人大常委会多次修订职业病防治法,取消了由3名以上取得职业病诊断资格的医师来进行集体诊断,取消了职业病诊断机构的行政审批,并要求卫生行政部门加强对职业病诊断机构的规范管理。”李涛介绍,根据职业病防治法修订的新的职业病诊断鉴定管理办法,尽最大可能方便了职业病诊断与鉴定。

  例如,新办法规定,劳动者只需提供本人掌握的职业病诊断资料,职业病诊断与鉴定的材料主要由用人单位提供;没有证据否定职业病危害因素与病人临床表现之间必然联系的,应当诊断为职业病;明确了职业病诊断办理的时限,将鉴定、调查、出具证书等时间缩短至1040天不等。

  相关部门还加强了职业卫生、放射卫生技术服务机构的建设工作。据统计,职业健康检查的机构、职业病诊断的机构分别达到了5067家和588家,基本上实现了“县区能体检、地市能诊断”的目标。

微藻:有望成为医疗领域的“万金油”

  编者按 微藻是一类个体微小、结构简单的植物。随着生物技术的发展,我们在食品、生物医药、材料、环保、能源,乃至航空航天等领域都能看见它的身影。小小的微藻究竟有着怎样的本领让它能在各领域表现出色?围绕这个问题,生物版今日起特推出“小微藻大用途”系列报道,带您看看微藻的“十八般武艺”。

  结构简单、种类繁多的微藻,广泛分布于海洋、淡水和土壤等生态系统。在这个“大家族”中,个别藻类凭借特殊结构,有望在医用领域一展所长。

  近日,浙江大学周民教授团队联合哈佛大学医学院陶伟教授团队,在国际期刊《自然·通讯》发表研究论文介绍,联合团队将钝顶螺旋藻经简单的脱水—复水化处理,装载上辐射防护药物氨磷汀,制备出了可口服的螺旋藻—氨磷汀递送系统。

  动物试验结果显示,这一递送系统在整个小肠内表现出全面的防护作用,优于游离药物和肠溶性胶囊,能在不影响肿瘤治疗效果的情况下防止放疗导致的肠道损伤,延长生存期,还可避免氨磷汀的长期毒性,对肠道微生物群稳态起保护作用。

  “微藻种类庞大,约有3万多种记录在册,目前只有超过15种微藻被用于医学界。考虑到培养成本和应用价值等条件,医学中常用的微藻种类较多,包括蓝藻门、绿藻门、红藻门等。”周民告诉记者,由于微藻易获取、易培养且具有独特的表面结构及丰富的活性物质,在生物成像、药物递送、乏氧肿瘤治疗、伤口愈合等方面有巨大的应用价值。

  利用活性表面 进行药物递送

  “传统药物递送系统具有药物作用时间短、生物利用度差、合成困难等缺点。而微藻来源广泛、培养成本低,活性表面大且可有效吸附功能分子、金属元素等,近几年已作为载体被广泛用于药物递送系统的构建。”周民说。

  比如20204月,周民团队在期刊《微尺度》发表成果,利用螺旋藻的特性,将小分子化疗药物阿霉素加载至螺旋藻上,合成载药系统。研究显示,螺旋藻带有负电荷的表面可通过静电吸附装载带正电荷的小分子药物,其细胞膜上的水通道和连接孔也允许小分子通过并进入膜内,显示出了对药物的较高负载效率。

  肿瘤细胞在快速增殖中会消耗大量的氧气,导致肿瘤组织内部存在缺氧微环境,这是众多肿瘤治疗方法出现耐受现象的原因之一。靶向供氧到肿瘤部位,是提升放疗和光动力治疗效果的突破点之一。

  含有丰富叶绿素的微藻,具备一定的生物传感能力。近年来,许多科研人员着眼于利用微藻光合作用原位产氧,改善肿瘤组织内部的乏氧情况,增强肿瘤治疗效果。

  “同时,微藻表面积较大,磁化硅藻可装载大量药物,并在磁场控制下实现靶向运输和药物缓释。”周民介绍,团队2年前曾研制出一款微纳机器人,以微藻作为活体支架,附着磁性涂层,在外部磁场控制下,使其定向运动至肿瘤组织,再通过体外光照,让微藻原位产生氧气来减轻肿瘤乏氧微环境,提高放疗效率。

  光合作用产氧 促进伤口愈合

  在伤口处涂些特制药膏,再用激光照射处理,药膏含有的微藻成分即可产生活性氧,会对使伤口感染的厌氧菌进行“阻击”……这类方式如今已不鲜见。

  伤口愈合可以分为炎性期、增生期和重塑期三个阶段,每个阶段都有氧气的参与,其中细胞增殖、新生血管生成、胶原合成等修复活动尤其离不开氧气。但伤口中普遍存在的血管破裂或收缩会妨碍供氧,导致组织缺氧,不利于伤口愈合。

  浙江大学转化医学研究院博士研究生张东晓表示,增加伤口局部的氧气浓度能有效加快伤口愈合,以往临床上采用的高压氧疗或局部气体氧疗等方法,对皮肤穿透性一般。微藻是天然的光合生物,在加快伤口愈合方面有用武之地。

  目前,全球糖尿病患者人数众多。但鲜为人知的是,其中约25%的糖尿病患者终生面临慢性伤口不愈的风险。糖尿病患者往往会由于伤口缺氧,导致新生血管生成障碍,慢性伤口难以愈合,引发糖尿病足溃疡,严重的甚至会迫使患者截肢。

  20205月,南京大学胡一桥、吴锦慧团队在国际期刊《先进科学》发表研究成果。团队设计出一种由活性微藻水凝胶制成的产氧贴片,可以原位产生穿透皮肤的溶解氧,穿透效率较传统局部气态氧治疗高近100倍。

  经实验表明,该贴片递送的溶解氧可以有效促进成纤维细胞的增殖、角质层细胞的迁移以及内皮细胞的血管分化,并促进糖尿病小鼠的慢性伤口愈合和皮瓣移植的存活。

  张东晓介绍,国外已有科学家创造性地将基因修饰的莱茵衣藻植入外科缝线中,由此制造出的具有光合作用的缝线,能持续释放氧气及重组人源生长因子,有效地促进伤口愈合。近年来,对微藻制造缝线或贴片等的相关研究逐渐增多,经由微藻制造的缝线或贴片成本低廉、合成简单,具有较高的临床转化及商业化价值。

  自带荧光特性 辅助医学成像

  据了解,由于微藻中富含叶绿素等光合色素,具有荧光特性,因此无需任何额外荧光标记即可实现体内的无创追踪,是其作为药物递送载体的“加分项”。

  “微藻具有‘诊疗一体化’的性能,可用于医学影像引导下的诊断和治疗,既能增强治疗效果,又能持续监测病灶发展。”张东晓举例道,硅藻便是优秀的生物成像材料,其外壳是由二氧化硅组成的六边形微孔网状结构。2018年,国外研究人员利用硅藻精密的纳米多孔结构及光子晶体特征开发出用于超灵敏荧光免疫分析的生物传感器,与具有同样功效的非硅藻生物传感器相比,光谱信号大大增强。经动物实验验证,相较于传统的表面增强拉曼散射免疫分析,这一传感器对小鼠免疫球蛋白G的检测精度提高了10100倍。

  距离临床应用 尚有一段距离

  周民表示,越来越多的研究证明,微藻的不同给药方式,包括口服、注射或外用等均具有良好的生物相容性和安全性,还可通过泌尿系统代谢排出体外。但目前微藻的医用研究多局限于小鼠等小动物模型,距离真正临床应用还需更多数据支持。

  此外,微藻的开发、培养和规模化生产也阻碍着微藻生物技术产业的发展。据了解,微藻产业化生产受限于脱水和收获两个过程,藻类细胞颗粒尺寸不均、细胞膜表面较强的电负性以及生长频率过快是这两个过程主要面临的挑战。

周民表示,为解决以上问题,科学家们通常将浮选法应用于微藻生产,该方法收获效率高于88.8%,且易于实现微藻富集,具有操作性强、成本低等优点。因此,正被尝试运用于微藻的规模化生产。期待未来有更多的研究者投入微藻的相关研究,为促进人类健康作出贡献。

锻炼时有哪些注意事项?

节奏的有氧运动,可以达到提升心肺功能、全身肌肉协调性的效果。

侧边的肥肉咔咔掉, ‘人鱼线’‘马甲线’我都要。”近日,毽子操火爆全网。哪些人适合跳毽子操?锻炼有何注意事项?康复医学科专家为您解答。

 “网络流行的毽子操是全身高强度间歇性运动,能训练腹部、髋关节、臀部、腿部等部位的肌肉力量。”东南大学附属中大医院康复医学科副主任马明说,通过这样有节奏的有氧运动,有助于达到减脂减肥、提升心肺功能、提升全身肌肉协调性的效果。

然而,高强度间歇性运动不一定适合所有人。马明说:“特别是髋关节、膝关节有退行性改变的老年人,在高强度的运动过程中,容易出现运动损伤。还有一些有韧带损伤、滑膜损伤等的人,或者膝关节、踝关节有无菌性炎症的人,进行高强度的运动也可能会导致运动损伤的发生。”

在家中锻炼,场地及装备选择也很重要。“如果在硬地上长时间反复进行跳跃,容易损伤半月板、韧带、踝关节等。可以铺张瑜伽垫,会起到一定的减震作用。”马明说,一双适合运动的鞋子也很重要,鞋子最好有软垫,能在运动中对下肢起到一定的保护作用。健身衣裤方面,根据家中温度选择透气的衣裤即可,不建议穿“暴汗服”捂汗。

此外,马明建议,让运动成为日常习惯,使自己保持良好的身体状态。同时配合饮食控制,并保持愉悦的心情。

从血尿酸升高到出现痛风相关症状,时间可长达数年至数十年之久。

痛风是因血尿酸水平过高导致尿酸结晶沉积在关节内而引发的一种疾病。我国高尿酸血症患病率约为13.3%,已成为仅次于糖尿病的第二大代谢性疾病。

非同日2次血尿酸水平超过420μmol/L,称之为高尿酸血症。高尿酸血症不等于痛风,从血尿酸升高到出现痛风相关症状,时间可长达数年至数十年之久。

北京世纪坛医院肾脏内科副主任医师贾萌介绍,高尿酸血症和痛风是一个连续的、慢性的病理生理过程,两种疾病的临床表现具有显著的差异。高尿酸血症期间患者通常不会表现出明显症状,只能通过定期抽血化验来监测血尿酸水平是否升高;痛风是血尿酸超过其在血液或组织液中的饱和度后,在关节局部形成尿酸钠晶体并沉积,诱发局部炎症反应和组织破坏。当疾病发展至痛风阶段,患者会出现明显的关节疼痛、长痛风石等情况,严重者会出现关节骨质破坏和肾脏损害。

北京大学第一医院风湿免疫科副主任医师李光韬指出,饮食的直接影响只占20%,近八成尿酸都是自身产生的。除控制饮食外,很多患者还得靠药物治疗。

据国家风湿病数据中心中国痛风疾病数据显示,痛风患者治疗4周、12周和24周的随访率依次降低,分别为20.7%10.8%3.9%,能坚持半年随访的痛风患者不足4%。与此同时,痛风患者的降尿酸治疗达标率在用药半年后也仅有38%

 “痛风是一种慢性病,需要坚持治疗。”李光韬指出,痛风发作的诱因主要是尿酸波动,一些患者急性发作时用抗炎止痛药物治疗,发作间歇就停药,这是导致许多痛风患者疾病反复发作的原因。治疗痛风要贯穿始终,患者需要保持尿酸稳定,有些病人尿酸降下来就停药,很快症状会再次出现。

控制血尿酸水平是改善患者生活质量、预防痛风发作的关键。血尿酸轻度升高的患者通过控制饮食、减少体重、调整生活方式,血尿酸水平会慢慢降下来。贾萌建议,患者首先要控制饮食总热量,限制饮酒,减少高嘌呤、高果糖饮食摄入,每天饮用2000ml水以增加尿酸排泄等。海鲜、动物内脏、浓肉汁汤等高嘌呤食物,莴笋、菠菜、蘑菇、菜花等富含嘌呤的蔬菜都应尽量避免。

痛风还有一个很重要的诱因就是运动,痛风高发的部位是下肢关节,平时走或跑运动最多的部位也是下肢关节,运动会诱发患者下肢关节痛风的发作,在痛风急性期,患者更要减少活动。李光韬建议,痛风患者尽量选择游泳、椭圆仪、骑自行车等不剧烈的运动。

  吃什么更营养,怎么吃更健康?中国营养学会编著的《中国居民膳食指南》时隔6年再次修订并于26日面世。新版指南突出了规律进餐的重要性,“手把手”给出了如何合理进餐和挑选、烹饪食物的科学建议。

  随着经济社会发展和生活水平提高,我国国民膳食结构变化显著,肉蛋奶消费大增。中国疾控中心营养与健康所所长丁钢强说,1982年至今的监测显示,我国国民从最初的蛋白质、微量元素等普遍缺乏,到现在儿童生长迟缓率明显下降,人均预期寿命持续提高。

  但同时,生活节奏加快使得三餐不规律、点外卖或外食情况增多等饮食行为越来越普遍,不尽合理的膳食结构“吃出”健康负担:成人超重肥胖率超50%、高血压患病率达27.5%、糖尿病患病率达11.9%……各类慢性病发病上升态势明显。

  对此,指南在上一版6条核心推荐的基础上,新增“规律进餐,足量饮水”“会烹会选,会看标签”2条膳食准则。指南提出,规律进餐是实现合理膳食的前提,应合理安排一日三餐、定时定量、饮食有度。两餐间隔时间以4-6小时为宜,早餐用餐时间为15-20分钟,午、晚餐用餐时间为 20-30分钟。早餐提供的能量应占全天总能量的25%-30%,午餐占30%-40%,晚餐占30%-35%。推荐成年人每日饮水7-8杯,多喝白水和茶水。

  如今,国人对饮食健康的关注与日俱增。中国科协联合某搜索引擎的相关研究显示,食品安全和营养健康占到民众查询内容的一半以上。中国营养学会理事长杨月欣说,面对愈加丰富的食品选择,尤其是加工食品的比例日渐增大,如何更好地认识、挑选和烹饪食物,显得越发重要。

  指南建议,了解食物营养素密度,一般来说,五颜六色的新鲜水果和蔬菜、瘦肉、鸡蛋、全谷物都是营养密度高的食物,少选如糖果、油炸面筋等“空白能量”的食物;利用当季、当地食物资源,新鲜的食材可以最大限度保留营养。

选购商品还要学会看标签:通过配料表和营养成分表选购食品,还可关注“高钙”“低脂”“增加膳食纤维”等标注。烹饪食物则应多用蒸煮炒、少用煎炸等方式,多利用葱姜蒜等天然香料和微波炉、电磁炉等油烟释放少的烹饪工具,以减少油脂的使用和高温引起的致癌物的产生。

赵晨羽, 陈峰. 微流控芯片在中枢神经系统疾病中的应用与展望. 生物工程学报, ): 396-403

微流控芯片在中枢神经系统疾病中的应用与展望

浙江工业大学 生物工程学院,浙江 杭州 310032

收稿日期:;接收日期:

摘要:近年来,随着微流体技术和生物微电子机械系统技术的不断发展,人类中枢神经系统(CNS)的微流体平台及相关疾病的体外模型逐渐得到了广泛的研究。微流体平台可以更好地模拟体内环境,同时能够控制结构、微环境和外来刺激。文中总结了微流控芯片在CNS的基本技术和CNS疾病中的应用。此外,文中对微流控芯片在CNS中的研究进行了展望,强调了通过跨学科的共同努力能够实现更高程度的仿生学挑战。

中枢神经系统(CNS)是人体神经系统的主要组成部分,其可以接受全身各处的传入信息,这些信息经过CNS加工整合后成传出,或者储存在CNS内成为记忆、学习的基础。CNS包括了轴突和树突连接的各种细胞,具有高度的封闭性和片层结构。在过去的研究中,动物模型通常被用于脑部结构及其相关疾病的模拟,但是这种方法价格昂贵、效率低、实验复杂以及耗时多,严重限制了神经疾病研究的发展。近年来,利用微流控芯片技术已经能够在体外很好地模拟CNS,进而让我们对CNS以及神经疾病的研究有了更深入的了解。

1 微流控芯片技术简介

微流控芯片是2011年前后发展起来的只有几个平方厘米大小的有微米级通道和隔室的生物芯片,具有化学和生物实验室的功能,可以进行样品的制备和分离、细胞的培养和检测等,是一种能够快速准确完成分析全过程的新兴技术,其中涉及表面化学、电化学、微加工等多学科领域[-]。特别是随着微加工技术的不断进步,加快了微流控芯片内多功能组件(如微阀、微泵、微型混合器、微电极阵列等)的集成,更好地体现了其高效、节约、便于连续操作、仿生特性等特点[-],使其在细胞培养研究、样品分析,模拟体内器官的组织结构、微环境和机械力,实现类器官机能方面展现了突出的优势[-]

神经科学包括脑科学、神经病理学、神经生物学等领域,涉及电生理、结构学和行为学等诸多研究。目前主要的研究手段是体外常规细胞培养和动物实验,其中常规细胞培养难以体现神经细胞间的相互联系,而动物实验成本高、耗时长、实验误差大。微流控芯片与传统研究手段相比有着明显的优势[]:1)支持流体的持续流动和交换,通过层流在微通道或凹槽阵列制造浓度梯度为细胞提供分层刺激,模拟正常体内的动态微环境;2)微流控芯片的小体积使得在制备和检测时只需要很小的用量,大大降低了成本;3)传统方法检测繁琐,微流控芯片可快速反应,提升了实验的效率。因此,自该项技术产生以来受到极大关注,发展迅速。本文主要阐述了微流控芯片在CNS的基本技术和在CNS中的应用,并对微流控芯片在未来的研究进行了展望。

2 微流控芯片在中枢神经系统基本技术

CNS内有各种神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞以及其它支持细胞,它们通过迁移、分化、突触形成和交联,构建复杂神经网络,实现脑功能。模拟CNS的微流控芯片是依据脑生理结构与机能设计的高通量检测平台,在脑病理学的研究具有以下几个优点:灵活控制微环境、单细胞处理、实时分析、共培养、分室培养、灌注培养和长期培养等。微流控芯片在CNS的基本技术可以分为对细胞的控制、轴突可视化、细胞共培养、定向神经网络、大脑切片技术、微电极阵列(MEA)技术等。

本课题组致力于通过体外图案化培养神经细胞、模拟神经网络以研究神经细胞的功能和行为。研究证明,微图案的优化设计对于构建神经元网络和保持功能特性是必要的,不同的材料,比如尺寸、形状、接触表面的粗糙度等,都会对神经突伸长率和神经元极化产生显著的影响。选择新的聚合物或者开发新的微图案制备方法尤为重要,常用的方法是微流体印刷术,即在软光刻技术制成的微图案化(通常为条纹或网格)芯片上涂布聚合物培养神经细胞构建神经网络,合适的聚合物还有望实现神经元与电子元件的通讯联系,但这种方法受到聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料印章的纵横比限制,且很难排除细胞密度变化导致的细胞自身分泌因子浓度变化等因素的干扰。目前更复杂的微图案是通过用于细胞粘附的粘合点互连的条纹构建而成,已被广泛用于产生体外组织的神经网络,还可以对形成的成熟神经元网络进行单通道电流记录,以验证其在数周内的生理特性。

2.1 微平台上中枢神经细胞的控制

微流控平台已经成为目前模拟中枢神经内环境的重要手段,其可以通过限制细胞运动和利用通道产生的化学浓度梯度对神经元进行适当的控制[-]。控制细胞比例和模仿细胞外基质对模拟不同CNS疾病的体内环境至关重要,不同细胞的比例可以模拟体内正常或异常状态,这可能产生不同的疾病模型。在细胞培养方面,水凝胶的多孔特性使代谢物质能够在其中进行一定程度的扩散和交流,与微流体通道结合可以造成具有化学浓度梯度的局部微环境,诱导细胞发生不同程度的生长与分化。在芯片处理方面,微流控技术通过不同的拓扑结构和化学修饰对细胞进行控制从而模拟细胞外基质和组织结构。拓扑结构的控制包括光刻技术、印章印刷技术、激光烧蚀和3D打印等,化学方法可以使用聚赖氨酸、聚乙二醇、清蛋白等对芯片进行表面修饰控制细胞粘附和生长[]

2.2 可视化与量化轴突神经

CNS神经元轴突损伤创伤对神经退行性疾病的病因和CNS损伤至关重要。动物模型由于涉及多个参数以至于不能够对轴突的损坏或再生进行实时的监控[],目前的研究还无法区分正常和损伤后再生神经元的不同生长形式,并且缺乏以精确控制的方式诱导轴突损伤的合适方法。多室神经培养芯片是将微加工和微流控相结合产生的,具有由微通道相互连接的多个独立的细胞培养室,能够可视化引导轴突生长、分离轴突和量化神经元[-]。Kilic等[]构建了一种新型的微流控芯片,该芯片可以重建神经细胞组织,大大减小了体内和体外模拟的差距,在该装置内神经元成功表达了轴突标志物丝原蛋白和微管蛋白,证明了该装置在成熟神经元中具有相当高的兼容性。Park等[]研制出一种将神经元胞体与其轴突分隔的微流控芯片,该芯片阻止细胞体离开环形中央室,但允许轴突沿微通道生长进入轴突隔室,这种设计使得轴突成功分离,并能继续物理引导轴突直线生长,通过图像处理算法得到轴突的生长情况()。

2.3 中枢神经细胞的共培养

由于CNS内细胞种类多,细胞间相互作用、相互支持,细胞的共培养技术在更好地模拟体外环境中发挥着重要的作用。传统的共培养方式耗时费力,且不便于后期观察与检测。分室微流体芯片可以进行多种细胞类型的共培养以及在同一平台中使用多种培养基和提供不同的生化刺激。在微流控芯片中,共培养主要有3种方式:在微芯片中的凹槽阵列中接种细胞形成细胞球状体;在多孔膜的正反两面接种不同类型细胞构成细胞插入物;在水凝胶中接种不同类型细胞或交联接种了不同类型细胞的水凝胶[-]

Adriani等[]利用人脐静脉内皮细胞(HUVEC)与原代大鼠星形胶质细胞,建立了三维共培养系统。该系统包括了完整的血脑屏障和紧密的细胞间连接的内皮单层,运用不同分子量的荧光法测定了血脑屏障的选择性通透性,并通过钙成像显示了神经元的功能,该实验证实了胶质细胞能够提供必要的营养物质进而使神经元存活()。Shi等[]在神经元和胶质细胞共培养实验中,发现了其产物可溶性因子的水平高于单个神经元或胶质细胞培养所分泌的可溶性因子水平,这表明神经元和胶质细胞相互作用可以调节突触细胞的功能。Aebersold等[]研究发现,星形胶质细胞和神经元共培养可以改善低神经元细胞密度下形成的神经网络的存活率,这个发现可以改善体外测定神经元功能的质量。

2.4 神经网络的方向性

神经网络具有一定的方向性,这可以使CNS快速地收集和处理信息。为了更好地理解神经元如何处理信息,保持大脑回路的复杂组织至关重要。近年来,神经网络的方向性通常依靠微图案化和微通道实现。Gladkov等[]研发的集成MEA的微流控芯片可以诱导神经元定向形成类似于脑中的神经网络,将原代海马神经元接种在由特定形状微通道连接的微室中,通过分析比较通道中神经突的生长情况与形状,最终确定了微通道的最佳几何形状特征,得到的稳定的网络可用于长期研究各种条件下的突触可塑性。Ortega等[]应用计算神经网络的方向性优化微流控芯片上受体-配体相互作用的荧光信号,验证了神经网络方向的有效性。Peyrin等[]在微流控芯片上添加了一个轴突二极管,其涉及的不对称微通道可以使神经网络具有方向性,在接种了原代神经元培养物后发现了皮质轴突纹状体的分化和神经系统的同步协作。轴突二极管的应用促进了微流控芯片的神经方向性研究,能够更好地构建体外CNS,为神经性疾病的机理研究提供了基础。

体外培养的脑切片长期以来被广泛用于研究脑发育,电生理学,神经变性和神经保护。微流体技术可以精确控制大脑特定区域的微环境,从而提高了脑切片的渗透。Liu等[]开发了一种新型灌注式液滴微流体装置,该装置可用于大脑切片的长期培养,将海马组织切片放入PDMS膜切成的孔中,控制孔内的液位水平,使得每一层都形成一个液滴,液滴可以通过微通道与培养基相连接,这样的海马切片在体外至少可以维持9 d。Mauleon等[]开发了一种微流控平台,通过灌注腔将氧气扩散到整个PDMS薄膜,进而扩散到下方的大脑切片中。微通道能够快速有效地控制氧气的进出,使切片的不同区域能够处于不同的氧气条件()。使用该设备,可以在整个大脑切片中获得一个稳定的、均匀的氧气环境,同时可以测量不同区域对于氧张力的响应,更加完整地模拟了CNS的结构,为中风疾病的研究提供了借鉴作用。

2.6 微电极阵列上的神经元活动

近年来,微电极阵列技术(MEA)逐渐应用于监测神经细胞网络的电路活动。由于MEA不仅能够原位监测细胞电信号,还能够进行电刺激,被看作应用于模拟CNS的微流控芯片的理想工具。Kang等[]应用MEA技术在微孔中涂抹细胞粘附层,然后用细胞排斥层(琼脂糖水凝胶)对细胞粘附区和神经元微电路隔离,在琼脂糖微孔环境下,以细胞外活动电位为特征培养初级海马神经元,该方法的提出促进了神经生物学功能分析的研究和神经生物传感器领域的发展。Kreir等[]利用MEA技术在体外培养小鼠神经元细胞,证明了在体外运用MEA技术培养小鼠神经元优于直接监测小鼠体内的神经元细胞,此外,还证明了MEA的技术可以用于检测潜在药物诱发的神经中枢系统疾病。

3 微流控芯片在中枢神经系统疾病中的应用

中枢神经疾病不仅是神经元和胶质细胞的功能障碍或破坏,而且受细胞微环境和各种细胞类型(神经元、星形胶质细胞、内皮细胞、周细胞和骨骼肌细胞)之间的相互作用影响[]。神经退行性疾病的CNS模型一般都包含微通道和微室。微通道通常用于指导神经突生长、提供可控介质和生化刺激,微室通常用于较长时间的细胞培养。利用微流控芯片技术模拟中枢神经性疾病,可以更好地揭示神经退行性疾病的分子机制,提供疾病的解决方案。

阿尔茨海默病(AD)是CNS小胶质细胞和星形胶质细胞介导的炎症,其致病原因可能是β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块的形成、tau蛋白的延长和神经原纤维缠结[-]。通过Aβ或tau蛋白在神经网络的传播和轴突间的转移、Aβ和tau蛋白毒性暴露、研究胶质细胞功能和神经突触功能来建立AD模型[-]。Park等[]将神经球装载于带有凹槽的微通道,再以微渗透泵驱动低流速灌流培养液,这种微流控脑芯片模拟了脑内的间质流,可用于分析灌注Aβ对于网状神经球的作用。最近的一些研究还模拟了AD发生过程小胶质细胞在Aβ斑块附近累积的机制,并且证明了Aβ通过神经元的连接传播[-]。在含有微通道的微流控装置中,可以观察到对照组tau蛋白在神经细胞间的扩散以及tau蛋白的高磷酸化[]。Kunze等[]利用冈田酸的浓度梯度,控制连接的神经元细胞区室之间的两种不同磷酸化状态,创建了一个共培养健康和患病组织的AD模型。

帕金森病(PD)的特征在于黑质中多巴胺能神经元的丧失以及细胞内蛋白质比如α-Syn聚集体(路易体)的异常聚集[-]。除了传统的分离培养系统,α-Syn的聚集以及其对轴突-神经胶质细胞相互作用的研究也是必需的。Lu等[]研发的微平台利用平行的微通道阵列实现了轴突与体细胞的流体分离,可以用于监测单个多巴胺能轴突的线粒体运转。通过这种培养系统可以更好地了解轴突变性的机制。Fernandes等[]发现α-Syn纤维被神经元内化并沿着轴突运输,具有微槽的微流控平台提供了α-Syn原纤维存在下的原代神经元的培养模型,同时允许细胞通过扩散或灌注进行通信,为研究PD和其他神经退行性疾病所涉及的分子机制提供了新的机会。

多发性硬化(MS)是指持续时间短暂、可被特殊因素诱发的感觉或运动异常,是一种以CNS白质炎症性脱髓鞘病变为主要特点的免疫介导性疾病。周瑜等[]通过高通量蛋白质芯片技术检测与对照组分析比对,共筛出MS患者血清27种自身抗体,该结果可以较为有效地筛选出MS血清中自身抗体的靶抗原,为进一步验证MS相关自身抗体的功能及作用机制奠定了基础。Hosmane等[]通过微流控轴突-小胶质细胞共培养平台发现了轴突变性导致小胶质细胞内1型干扰素基因的诱导,证实了Toll样受体在退化轴突的小胶质细胞清除中起重要作用。到目前为止,MS治疗方法只集中于缓和并且效果有限,微流控平台通过实时监控疾病微环境,为该疾病提供更好的解决方案。

皮层扩散性抑制(CSD)被认为是偏头痛发生的重要机制,它是神经元和胶质细胞继于生物电活动抑制后产生的可向邻近区传播的去极化波,该信号主要发生在视皮层。当化学刺激被聚焦时,信号可以更准确地通过神经网络传递给周围的神经元。Tang等[]研发的新型CSD模型微流体装置可以同时注射和抽出流体,具有通过局部控制以精确刺激脑切片的能力,通过微流控平台局部递送氯化钾溶液进而诱导CSD,可有效进行CSD建模和药物筛选。在先前的研究基础上,Tang等[]通过改变细胞外钾离子浓度以及暴露于钾离子的区域以确定引发CSD所需的最小条件,这表明了在偏头痛先兆以及脑外伤相关的条件下,CSD可以是诱导型的。

3.5 脑弥漫性轴索损伤

脑弥漫性轴索损伤(DAI)是指头部受到外伤作用后以轴索损伤为主要改变的一种原发性脑实质损伤,其特点是轴突肿胀、分离,并且有多个球体出现单个轴突。适当的治疗条件需要精确的模型来模拟实际情况,微流控平台可以通过一些机械方法模拟这种CNS的损伤[-]。Siddique等[]开发了一种支持脊髓和周围神经共培养的微流控平台,用于研究生长因子对机械损伤后轴突再生的影响,同时允许研究人员在仿生3D环境中手动诱导神经损伤并对轴突部分进行分离治疗,这提供了在体外进行神经修复的可能性。

癫痫是一种以过度同步神经活动为特征的疾病。目前可用的抗癫痫药物需要连续给药以抑制癫痫发作,并且临床上没有可用于预防癫痫发作的疗法。微流控芯片的出现为了解癫痫发生中的复杂信号通路和高通量筛选抗癫痫药物铺平了道路。一般来说,MEA由于可以高灵敏度记录,脑切片能够局部诱导或抑制特定区域中神经元的活动,兼容了MEA与脑切片技术的器官型海马切片培养物已越来越多地用做创伤后癫痫的体外模型。为了明确额叶癫痫发作的发生时间,Chang等[]在丘脑-前扣带皮层(ACC)切片中通过MEA记录了癫痫活动随时间的变化,发现丘脑输入对于调节ACC癫痫活动的持续时间和脑皮层中发作部位的深度有着直接的影响。

本文总结了微流控芯片在CNS的基本技术和在CNS疾病中的应用。微流控技术是一门交叉技术,需要多学科共同协作。脑是高度复杂的组织器官,现有的微流控芯片对于更为复杂的脑机能还少有研究。芯片缺少对脑组织细胞微环境的精细模拟,也缺少对细胞生理生化指标的高通量快速检测手段。芯片质量的稳定性、可重复性,以及价格因素都还有大量的工作有待完成。考虑到人类和动物模型之间的代谢和生理差异,CNS疾病模型的最终目标是模拟患者来源细胞的特定疾病,并将其作为筛选工具以寻找个性化医疗,最小化生物医学领域中临床前和临床研究之间的差距。

随着3D结构微平台和个性化CNS疾病模型的不断发展,可以通过3D打印、软光刻、光蚀技术等手段来更精确地模拟组织器官[]。微流控芯片也可以与快速兴起的诱导多能干细胞技术结合,理论上能够重建一个可能与患者遗传特征相匹配的小型多器官芯片,这些将为医学研究提供巨大的贡献。

目前,许多神经系统疾病难以治愈,难治性神经系统疾病患者常常遭受瘫痪、丧失社交功能、生活困难等折磨,给社会和家庭带来沉重的负担。促进神经功能恢复和延缓疾病进展是难治性神经疾病的主要治疗目标。

临床上目前尚缺乏疗效确切的治疗药物,以致神经退行性疾病至今仍无法达到令人满意的治疗效果。

神经退行性疾病主要包括:帕金森病(PD)、阿尔茨海默病(AD)、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)、多发性硬化症(MS)、脊髓性肌萎缩症(SMA)、亨廷顿舞蹈病(HD)、和脊髓小脑失调症(SCA)等。

近几十年来,细胞治疗技术发展迅速,其应用也从造血系统疾病扩展到其他领域。 细胞移植替代疗法可单独应用或结合药物治疗,为神经退行性疾病的治疗提供了新途径。

目前用于临床治疗的细胞分三大类

第1类为成熟和仍具有 一定增殖能力的未成熟功能细胞,如神经祖细胞或 前体细胞、神经元和少突胶质前体细胞等;

第2类为基质或间充质类细胞,包括来源于骨髓、周围血或脐带血的单个核细胞和来源于脐带或脂肪等组织的基质细胞或间充质细胞 ;

第3类为具有全能、多能或单能分化潜能的干细胞,如胚胎干细胞、多能诱导干细胞等。

干细胞移植治疗神经退行性疾病的现状和进展

干细胞与阿尔茨海默病(AD):AD是胆碱能和多巴胺能神经元退行性变引起的老年痴呆症。细胞替代疗法是目前治疗此类疾病的最佳选择,即通过健康的功能性前脑胆碱能神经元替代病变细胞,进而达到治疗目的。

有研究报道,将人和小鼠胚胎干细胞体外分化为成熟且功能完善的前脑胆碱能神经元,并移植至AD小鼠模型基底前脑部位;结果发现,移植后小鼠学习和记忆能力显著提高,这为开发胚胎干细胞来源的胆碱能神经元用于治疗AD打下了良好的临床前基础。

干细胞与帕金森病(PD):PD是最常见的神经退行性疾病之一,病理表现为多巴胺合成减少,其发病机制尚不明确。

目前临床上已经成功进行了干细胞移植治疗,并使得PD患者部分症状减轻。2018年的一项临床试验研究结果表明,移植人视网膜色素上皮细胞可改善PD患者的症状,所有患者耐受良好,无重大不良事件发生,患者在治疗后3个月内主要转归指标得到改善。

干细胞与亨廷顿舞蹈病(HD):Levi等对5例HD患者进行了脑内移植胎儿神经干细 胞的临床试验,结果发现3例患者运动和认知能力在移植后2年内均得到改善,但在随后的4~6年内疗效逐渐减退甚至消失。尽管如此,该研究首次证明了干细胞移植治疗HD的可能性。

干细胞与肌萎缩性侧索硬化症(ALS):ALS是多在中老年时期开始发病的一种致死 性神经退行性疾病,主要神经病理表现为脊髓前 角和初级运动区的运动神经元大量退化。

2015年最新的一项研究是在Ⅰ期临床试验中采用自体骨髓来源的MSCs治疗ALS,通过ALS功能评分量表、AppelALS评分量表和肺活量来评估患者的疾病状态;结果显示,12个月内2次鞘内注射自体骨髓MSCs具备安全性和可行性,且无严重不良反应发生。

干细胞与多发性硬化症(MS):MS是一种最常见的中枢神经脱髓鞘疾病。目前,自体HSCs治疗MS已持续开展了十多年,且治疗方案不断完善。

有研究者对7例复发 -缓解型MS患者经环磷酰胺预处理配合自体HSCs移植,并在治疗后连续进行36个月的MRI评价和60个月的临床评价,结果发现病灶平均数目明显减少,无患者死亡且无严重不良反应发生;随访5年,其中2例患者病情稳定,1例病情明显改善,4例病情有轻微进展,1例治疗后复发。

干细胞与脊髓小脑失调症(SCA):SCA是一种难以治愈的神经退行性疾病。有研究采用静脉注射和鞘内注射人脐带MSCs治疗SCA,评估治疗的安全性和可行性;结果显示,治疗后随访12个月,无严重移植不良事件发生,且可以减轻SCA症状,为人脐带MSCs移植治疗SCA和其他遗传性神经疾病提供了新的策略。

总的来说,干细胞治疗神经退行性疾病在临床应用上的推广还有很长的路要走。 但整体来看,干细胞治疗的前景光明且鼓舞人心。

如果说20世纪是药物治疗和手术治疗的时代,那么21世纪将是细胞治疗的时代。干细胞作为再生医学和细胞治疗的主角,相信会在神经退行性疾病的治疗中发挥举足轻重的作用。

随着研究的进展,干细胞将为神经系统性疾病患者带来康复的希望。

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