瑞沃德切片机助力范晓棠团队发表J Hazard Mater文章

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作者:RWD
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在全球范围内,随着氯胺酮越来越多地应用于临床医疗,而传统污水处理厂无法有效清除氯胺酮及其代谢物,在废水、水生生物以及大气环境中常常能检测到氯胺酮及其代谢物的存在,因而可能会对人类的安全构成威胁。
发现这一问题后,陆军军医大学医学心理系范晓棠团队成员杜祝林硕士对氯胺酮主要代谢物(2R,6R)-羟基去甲氯胺酮(hydroxynorketamine, HNK)对大脑发育的影响展开研究,并于今年在Journal of Hazardous Materials杂志上发表了题为 "Chronic exposure to (2R,6R)-hydroxynorketamine induces developmental neurotoxicity in hESC-derived cerebral organoids" 的研究论文。
该研究结果发现(2R,6R)-HNK短期处理大脑类器官对其发育没有显著影响。在第16天经长期高浓度(2R,6R)-HNK处理,神经前体细胞(NPCs)的增殖和扩张受到抑制,进而抑制了类器官的扩增。
值得注意的是,长期(2R,6R)-HNK处理后,大脑类器官顶端放射状胶质细胞的分裂模式意外地从垂直分裂平面切换到水平分裂平面。在第44天(2R,6R)-HNK长期处理主要抑制了NPCs的分化,但不抑制它的增殖。这项研究揭示了氯胺酮及其主要代谢产物具有潜在的神经发育毒性,并提示其机制可能是由抑制HDAC2所介导。


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本期【沃的研究所】,我们有幸邀请到杜祝林老师进行对话,除了深入了解氯胺酮活性代谢物对神经发育的影响和机制以外,也听听杜老师对本课题的最新研究动态分享及对科研新人的寄语和展望。


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杜老师:我们使用这个药物是注意到这个药物功能强大,且使用广泛。氯胺酮一般被用作麻醉,镇静剂。但近年来,研究人员发现氯胺酮具有快速且持续的抗抑郁作用,基于此研发的抗抑郁新药Esketamine(商品名Spravato)已获美国食品和药物管理局(FDA)及中国国家药品监督管理局(NMPA)批准应用于临床。与传统靶向单胺类神经递质的抗抑郁药相比,氯胺酮及其代谢物可与γ氨基丁酸(GABA)中枢神经元上的NMDA受体结合,抑制锥体神经元并增加谷氨酸能神经传递,从而促进BDNF的释放,故氯胺酮的抗抑郁周期更长。随着氯胺酮的广泛使用,而传统污水处理厂无法清除氯胺酮及其代谢物,且缺乏有效的生物降解,导致氯胺酮在废水、水生环境甚至大气环境中积累,再加上药物滥用现象的发生增加了这类药物对人体,尤其是孕妇及儿童造成的潜在风险。因此,我们想明确氯胺酮及其代谢产物是否会对神经发育产生影响。


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杜老师:我们首先选用了氯胺酮的主要代谢产物之一的(2R,6R)-HNK进行研究,这也被认为是氯胺酮发挥抗抑郁作用的主要有效成分之一。在胚胎干细胞水平,我们确定了(2R,6R)-HNK的给药浓度。随后,通过培养至不同时间,我们构建了模拟不同发育阶段的类脑模型,但(2R,6R)-HNK的短期暴露并不显著影响类脑发育,而长期持续暴露于(2R,6R)-HNK可显著影响神经前体细胞(NPCs)的增殖,诱发NPCs凋亡,同时,改变放射状胶质细胞(VRGs)的分裂模式,最终影响类脑的正常形态和发育进程。


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杜老师:当前一般认为,啮齿类动物的脑和人脑在结构和发育等方面存在巨大差异(例如小鼠的脑缺乏oSVZ区及脑回),因而利用动物研究试图去解决临床问题,必然存在一定限制。我们的实验室利用hESC和iPSC,通过添加低浓度生长因子等的悬浮培养技术在体外培养具有皮层样结构 的“类脑”。类脑器官由多种细胞构成,其在药物筛选、疾病机制研究等方面已得到广泛认可,同时也为理解人类大脑的发育和衰老进程提供了一个独特的模型。从同源性的角度来看,我们认为基于人脑类器官的研究相比于动物研究可能更具有临床价值。随着类器官相关研究和技术的不断发展,我们相信人脑类器官的临床价值将进一步凸显。


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杜老师:我们利用体外“三维培养”技术,建立了更接近人脑发育的类脑模型。同时,根据研究需要,我们也使用了细胞生物学、分子生物学、免疫组织化学、转录组测序、高效液相色谱等一系列技术。值得一提的是,由于类脑器官较小,进行免疫荧光染色具有一定难度,瑞沃德提供的冰冻切片机也为我们获得高质量的免疫荧光染色结果提供了重要支撑。


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杜老师:其实我之前也使用过别的品牌的切片机,但是就个人的使用感受而言,瑞沃德的切片机使用起来操作更简单,并且制作的切片也没有刀痕,售后服务也更快。说实话,我们实验室之前也使用过瑞沃德的小鼠麻醉仪,脑立体定位注射仪,还有细胞培养箱等一些产品,售后服务和产品性能都挺好的。


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杜老师:目前脑类器官领域还有些重要问题丞待我们解决,例如,脑类管血管的发生时间,小胶质细胞发生的时间和内环境互作的稳态关系,类脑器官组织中如何定义组织中心坏死区域的这一群特殊的细胞群等。


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杜老师:实事求是,坚持努力!当我们认真做好一件事后我们会获得成就感,当我们遇到难以解决的问题的时候也不要放弃,科学研究本就是探索未知的过程。或许目前我们自身的储备知识和研究方法还不能解决遇到的问题,但科研本就是一项充满挑战的任务,不断尝试新的方法和思路,每一次尝试都是学习和进步的机会。


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实事求是,坚持努力”,杜老师用他的亲身经历印证了这句话。科学研究本身是创新,是自我提升的过程,它注定是艰难的、漫长的。每一项学术成果的发表,背后可能是整个团队周而复始的课题成立、验证、推翻、重头再来……我们一起期待杜祝林老师在今后的科学研究中获得更加丰硕的研究成果!

瑞沃德也会在创新之路上不断前行,力争成为更多科研院校奋斗路上的护航者!


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