神經(jīng)系統(tǒng)會受到機械力的作用,，這些力引導其發(fā)展、形成其形狀并作為感知身體內(nèi)部生理或外部世界的線索,。在發(fā)育過程中,，通過拉伸應變的應用，它們的神經(jīng)突在生長期間繼續(xù)伸長,。
成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 被封閉在堅硬的骨骼結(jié)構(gòu)中,，無論是頭骨還是脊柱，都為其提供保護作用,。相比之下,，成熟的外周神經(jīng)系統(tǒng) (PNS) 沒有被骨骼包裹，而是與內(nèi)部器官和組織混合在一起,，因此更容易受到機械信號的影響,。
除了兩種神經(jīng)系統(tǒng)之間的形態(tài)差異外，哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的再生能力有限,，在嚴重損傷后會導致功能喪失。同時,，PNS在損傷后仍保留其再生功能連接的能力,。
有趣的是，有體外研究表明,，當受到牽張力的作用時,，培養(yǎng)的神經(jīng)元會實現(xiàn)長距離伸長。因此,，考慮到生長中的神經(jīng)元對機械拉伸的初始反應和成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生能力的缺失,，研究人員考慮機械線索的缺乏在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷無法再生后是否還會發(fā)揮作用。
因此,，德國海德堡大學醫(yī)院脊髓損傷中心實驗室,、德國圖賓根大學神經(jīng)再生與修復實驗室的專家學者進行了深入研究。該團隊開發(fā)了一種新的外植體神經(jīng)-背根神經(jīng)節(jié)（DRG）模型,。通過這個模型,，研究PNS的機械靈活性是否有助于其再生潛能，以及如果將其應用于CNS定位神經(jīng)，是否能在伸展后增強成人感覺神經(jīng)元的生長,。此外,，通過使用定制的生物反應器，比較了周圍神經(jīng)和中樞神經(jīng)對牽張拉力的反應差異,。
對于 DRG 神經(jīng)外植體的機械拉伸,，研究人員在內(nèi)部建造了一個生物反應器。
圖1 內(nèi)部構(gòu)建的神經(jīng)外植體機械拉伸裝置
（A）控制器連接到 GalilTools 軟件和振蕩器（D,、E）,。（B）培養(yǎng)箱保持恒定的培養(yǎng)條件。（C）氣體混合器分析培養(yǎng)箱的空氣成分,，5% 的CO2,。（E）振蕩器連接到控制器（A）和孵化器內(nèi)的生物反應器 ( F ),。（F）生物反應器,。兩塊金屬板（a和b ) 建立在金屬導軌上，聚醚醚酮 (PEEK) 棒通過螺釘固定在它們上,，并保存在裝有培養(yǎng)基的金屬船中,。金屬板 b 連接到振蕩器，來回移動,，而另一個板固定在舞臺和金屬導軌上,。為了研究機械應變是否可以增強體外軸突生長，將坐骨神經(jīng)-L4/L5 DRG 或中樞神經(jīng)-L4/L5 DRG 外植體進行3小時的機械負荷,，幅度為 10%（圖2）,，頻率為0.5 Hz 。令人驚訝的是,，發(fā)現(xiàn)機械刺激連接到各自DRG的中樞神經(jīng)可以增強DRG的神經(jīng)突生長,。盡管被視為一種趨勢，但對坐骨神經(jīng)應用牽張力并未顯著增強整個神經(jīng)突的生長,。應該提到的是,，無論是否接受拉伸，DRG -坐骨神經(jīng)外植體的培養(yǎng)中存活的神經(jīng)元比 DRG-中樞神經(jīng)外植體多,，這可能是由于對周圍神經(jīng)-DRG 外植體進行了優(yōu)化,。
重要的是，發(fā)現(xiàn)20% 的機械拉伸對DRG-神經(jīng)外植體并沒有像10%的機械拉伸對PNS或CNS拉伸的DRG那樣產(chǎn)生有益的再生效果,。值得注意的是,，20% 的 PNS-DRG 外植體在統(tǒng)計學上顯著減少了大直徑神經(jīng)元的軸突生長。
此外,，實驗發(fā)現(xiàn),，與 20% 的拉伸不同，10% 的拉伸不會顯著改變受限神經(jīng)的細胞結(jié)構(gòu)。
由于極度拉伸神經(jīng)會引起疼痛,，因此檢查了更高幅度的拉伸 (20%) 是否會誘導傷害性神經(jīng)元的生長,。圖5C 顯示沒有觀察到變化。因此可以消除響應機械刺激的傷害性神經(jīng)元,，并得出結(jié)論,，10% 0.5 Hz 機械拉伸方法會影響更大直徑的神經(jīng)元，包括本體感受和機械敏感神經(jīng)元,。
這項工作是為了專門解決如果將循環(huán)拉伸直接應用于神經(jīng),，特別是在缺乏這種輸入的神經(jīng)中，是否會導致神經(jīng)突生長增強,。該團隊已經(jīng)證明它確實存在并且在特定的細胞亞群（機械感受器和本體感受器）中具有 10% 的 0.5 Hz 的拉伸,，但沒有更大的振幅或更低的頻率。盡管確定了軸突循環(huán)拉伸生長 (ATF3) 的潛在機制,，但未來更好地理解軸突伸展生長途徑可能會為神經(jīng)再生科學的干預開辟新的途徑,。
參考文獻：Kampanis V, Tolou-Dabbaghian B, Zhou L, Roth W, Puttagunta R. Cyclic Stretch of Either PNS or CNS Located Nerves Can Stimulate Neurite Outgrowth. Cells. 2020 Dec 28;10(1):32. doi: 10.3390/cells10010032. PMID: 33379276; PMCID: PMC7824691.小編旨在分享、學習,、交流生物科學等領域的研究進展,。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系小編修正。
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