以片上大脑为模型的甲基化效应

作者：杨超月

人脑拥有1000亿个神经元，它们控制着每个思维，单词和动作，是人体中最复杂，最脆弱的器官。因为它需要对毒素和其他有害物质的额外保护，所以为大脑提供氧气和营养的血管具有高度的选择性，即哪些分子可以从血液进入大脑，反之亦然。

以片上大脑为模型的甲基化效应

这些血管及其支持周细胞和星形胶质细胞的独特网络构成了血脑屏障(BBB)。当血脑屏障被破坏时，如接触甲基苯丙胺(“甲基”)等药物时，大脑的敏感神经元易受到有害损害。

除了形成物理屏障之外，血脑屏障还被认为可以与大脑直接相互作用并帮助调节其功能，但要弄清血脑屏障的细胞与大脑之间的相互影响，这是一个挑战，例如体外模型(例如，一个培养皿中的细胞)太简单，而体内模型(即自然人脑组织)太复杂。

现在，Wyss生物启发工程研究所的研究人员使用微流体连接的器官芯片创建了BBB-大脑界面的“正当”模型，从而可以前所未有地了解大脑的脉管系统如何影响和调节其代谢功能，以及其他药物会破坏这种相互作用。这项研究发表在《自然生物技术》上。

“当今有关器官芯片的研究大多集中于尝试将更多细胞类型包装到每个芯片上，以近似整个器官的复杂性，但是大脑已经如此复杂，以至于我们决定做相反的事情，将一个器官分成多个芯片， ”第一作者本·莫兹(Ben Maoz)博士说，他是威斯研究所(Wyss Institute)的前技术开发研究员，目前是以色列特拉维夫大学的助理教授。

“这项工作的美妙之处在于，它为神经学研究开辟了另一个维度，其他方法无法通过解耦一个非常密集的器官来揭示大脑不同结构之间的新相互作用而实现。”

BBB大脑芯片系统由三个包含人类细胞内衬通道的聚合物芯片组成：一个“流入” BBB芯片，一个脑芯片和另一个“外排” BBB芯片。BBB芯片具有一个微血管通道，内衬内皮细胞，通过该通道流动的模拟血液的培养基被多孔膜与含有周细胞和星形胶质细胞的平行通道(由人工脑脊髓液(aCSF)灌注)隔开的多孔膜隔开。

脑芯片具有类似的aCSF流动通道，该通道被另一个半透膜与包含人脑神经元及其支持星形胶质细胞的隔室分隔开，以模拟脑组织。这三个芯片的aCSF通道串联在一起，形成一个完全链接的系统，其中物质可以从血管通道扩散穿过第一个BBB进入aCSF，进入大脑神经元细胞腔，流回aCSF，最终扩散就像体内发生的那样，穿过第二个BBB进入第二个血管通道。

该团队在链接的BBB-脑芯片中培养人类细胞，并将其暴露于甲基苯丙氨酸，已知该方法会破坏体内BBB细胞之间的连接并导致其“泄漏”。当甲基苯丙酸流经血管通道时它破坏了BBB的血管内皮细胞的连接，并使正常情况下无法穿过BBB的分子进入脑芯片。