神经元发育通常受指导分子的分级分布调节，当以浓度梯度或趋化性的形式呈现时，其可以吸引或排斥神经元迁移或神经突投射。但是，有关该过程的许多细节很大程度上尚未开发。
城市大学(CityU)的一个研究小组通过开发新设备以精确和系统的方式解决了这个问题，并且最近在Nature Communications杂志的一篇研究文章中发表了他们的研究结果。
趋化性是指生物体响应化学刺激的运动。众所周知，指导分子(如netrin或semaphorin(Sema)蛋白)的浓度梯度在胚胎神经发育中起着关键作用。然而，分子梯度的物理特征如何，例如浓度分布的变化率(梯度陡度)，与神经元发育的相互作用一直是一个未解决的问题。部分原因是缺乏可以重现人体外脑组织重要特征的3D设备。以前的体外趋化分析通常是2D，低通量(意味着它需要多次手动重复实验以收集不同参数的数据)并且缺乏精细的梯度控制。
作为回应，城大团队开发了一个进行趋化实验的新平台。他们开发了一种基于水凝胶的微流体平台，用于高通量3D趋化分析，并用它来研究神经元对分子梯度陡度的敏感性，通过识别引导分子梯度曲线的细微变化来揭示神经再生机制。
“我们的芯片尺寸仅为1 x 3 cm2，但容纳了数百个悬浮的微型水凝胶圆柱体，每个圆柱体都包含一个独特的梯度曲线，以便在与我们大脑内部非常相似的环境中实现神经元细胞的3D生长，”施鹏博士说。研究负责该城市生物医学工程系(BME)的教授。
“该设置的主要优点是高通量，这意味着可以使用单个芯片并行测试大量分子梯度曲线，以生成大量数据，实验时间可以从几个月减少到48小时， “他解释道。
利用新平台和严格的统计分析，该团队揭示了各种指导分子对神经元发育的趋化调节的显着多样性和复杂性。特别地，对于Sema3A，研究小组发现两种信号通路，即STK11和GSK3，差异性地参与协调神经突排斥和神经元迁移的陡度依赖性趋化调节。
基于这些发现，研究小组进一步证明了指导分子Sema3A仅在受损大鼠脑中以正确的梯度形式呈现时才有利于促进皮质再生，这在“生物材料”杂志上的另一篇文章中有报道。年。
“在脑损伤的情况下，神经系统不易再生，因此正确使用指导分子将有助于大脑恢复。在这方面，我们的研究为新型治疗策略的发展提供了见解，”施博士总结道。
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