發(fā)布日期：2019-01-14
隨著哺乳動(dòng)物年齡的增長(zhǎng)，它們的嗅覺(jué)會(huì)下降。近日發(fā)表在Cell Reports上的一項(xiàng)研究中，德國(guó)慕尼黑亥姆霍茲研究中心和美因茨大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)研究了為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況。在他們的研究中，研究人員們利用所謂的“五彩紙屑記錄器”（confetti reporter）追蹤了小鼠大腦中干細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程。然后他們對(duì)利用智能算法獲取的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，新神經(jīng)元的產(chǎn)生（神經(jīng)形成）主要發(fā)生在兒童早期，成年之后只有前腦中的少數(shù)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生新神經(jīng)元。嗅覺(jué)神經(jīng)元就是這樣一個(gè)例外，干細(xì)胞通過(guò)幾個(gè)中間階段發(fā)育成嗅覺(jué)神經(jīng)元。
研究通訊作者Carsten Marr博士解釋說(shuō)：“這些神經(jīng)元的產(chǎn)生在年齡大了之后就停止了。在最近的研究中，我們想要理解這一過(guò)程的分子基礎(chǔ)以及干細(xì)胞在這一過(guò)程中的作用。”他是亥姆霍茲研究中心計(jì)算生物學(xué)研究所(ICB)的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。
為了闡明這一問(wèn)題，亥姆霍茲研究中心組建了一個(gè)跨學(xué)科的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，包括數(shù)學(xué)家Lisa Bast和Carsten Marr，以及干細(xì)胞研究員Filippo Calzolari博士（目前在美因茨大學(xué)生理化學(xué)研究所工作）和JovicaNinkovic教授。Filippo Calzolari說(shuō)：“我們利用了‘五彩紙屑記錄器’進(jìn)行了譜系追蹤。在小鼠大腦中，我們誘導(dǎo)個(gè)體干細(xì)胞及其所有后代（所謂的克?。┮蕴囟ǖ念伾@現(xiàn)。”通過(guò)這種方法，科學(xué)家們可以通過(guò)不同的顏色區(qū)分克隆細(xì)胞隨著時(shí)間的變化，這種技術(shù)就由此而得名。Calzolari補(bǔ)充說(shuō)：“接下來(lái)，我們對(duì)比了年輕小鼠和老年小鼠的克隆細(xì)胞，以確定個(gè)體干細(xì)胞及中間產(chǎn)物對(duì)成熟嗅覺(jué)細(xì)胞的神經(jīng)形成起到什么作用。”
然而，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，對(duì)這些圖片進(jìn)行系統(tǒng)分析幾乎是不可能的，因?yàn)楝F(xiàn)有的數(shù)據(jù)極端多樣化，使得年輕和年老的大腦難以進(jìn)行比較。在這種情況下，Carsten Marr及其團(tuán)隊(duì)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)開(kāi)始發(fā)揮作用。他們是單個(gè)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)量化專(zhuān)家，即研究大量人口的哪些細(xì)胞以及多少細(xì)胞決定了哪些細(xì)胞的命運(yùn)。研究人員們利用人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)出數(shù)學(xué)模型并推導(dǎo)出算法來(lái)幫助分析圖像數(shù)據(jù)。
Lisa Bast解釋說(shuō)：“我們將五彩紙屑記錄器測(cè)量結(jié)果與幾種神經(jīng)發(fā)生的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了比較。我們發(fā)現(xiàn)，在老年小鼠體內(nèi)，細(xì)胞的自我更新能力下降了，特別是在某些稱(chēng)為轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增祖細(xì)胞的中間階段。”此外，該分析表明，不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂和干細(xì)胞靜止的情況在老年小鼠體內(nèi)增加。JovicaNinkovic說(shuō)：“這表明在老年階段，分化成嗅覺(jué)細(xì)胞的干細(xì)胞更少了，這些干細(xì)胞常常停留在干細(xì)胞庫(kù)中且變得不那么活躍。”
這是科學(xué)家們首次能夠利用數(shù)學(xué)模型對(duì)活體哺乳動(dòng)物大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞行為進(jìn)行量化描述的研究。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(18)31879-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124718318795%3Fshowall%3Dtrue
來(lái)源：科技部
