直流電場對神經細胞的誘導遷移作用和機制研究

《直流電場對神經細胞的誘導遷移作用和機制研究》是依託上海交通大學，由馮軍峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：直流電場對神經細胞的誘導遷移作用和機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮軍峰
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

直流電場是近年發現的重要生物學信號，能誘導多種細胞定向遷移運動、參與創傷修復等生理和病理過程。然而，電場刺激對神經細胞誘導作用的關鍵分子機制尚未明確，同時對損傷後神經細胞的作用、對人源性神經細胞的誘導遷移作用尚屬研究空白。我們結合預實驗發現和自身優勢，擬體外培養大鼠神經細胞，最佳化電場刺激方案，繼而運用基因晶片技術篩選出差異表達基因譜，通過Gene Ontology分類、Pathway顯著性分析等生物信息學手段，構建電場干預誘導神經細胞定向運動的靶向基因功能網路，確定關鍵途徑和分子；採用大鼠神經細胞體外損傷模型，明確外加電場誘導的遷移特性；培養腦損傷病人手術摘除腦組織的神經元和神經膠質細胞，進行體外電場干預實驗，明確人類神經細胞的趨電運動特性。從而，系統性地對直流電場誘導神經細胞的遷移作用及其機制進行探索，為深入進行機制研究提供干預靶點，也為神經細胞運動特性的研究提供新的研究策略。

結題摘要

神經細胞有方向性的遷移運動在神經系統的發生、發育和損傷後的修復再生中都發揮重要作用。直流電場，作為一個強有力影響細胞生物學行為的物理信號，能誘導多種細胞定向遷移運動、參與創傷修復等生理和病理過程。然而，直流電場刺激對人源性神經細胞的誘導遷移作用尚屬研究空白，直流電場的在體套用尚有技術困難，對各種神經細胞（特別是損傷後細胞）的誘導遷移作用尚無系統觀察以及相關分子機制研究。本課題基於前期研究發現及自身優勢，1、成功培養了腦損傷病人手術清除腦組織的星形膠質細胞，首次發現其向正極定向遷移；同時細胞形態發生顯著變化，呈垂直於電場方向的拉伸狀態；2、系統比較了人源性、鼠源性正常及損傷後星形膠質細胞的趨電特性，發現鼠源性星形膠質細胞趨電性不明顯，表現為神經細胞趨電反應的種屬差異性；3、大鼠神經元培養後直流電場刺激，耐受性差；而低溫預處理能減少腦損傷後神經元死亡，提示可結合低溫技術探索直流電場誘導神經元遷移運動；4、成功標記人源性神經幹細胞（EGFP-hNSCs），體外實驗表現為向負極定向遷移，方向性、運動能力的改變和未做標記的神經幹細胞一致；5、克服在體加電技術困難環節，成功在體加電並直接檢測到電場強度、方向等參數；6、首次在體加電並誘導移植的EGFP-hNSCs定向遷移，在直流電場和修復再生研究中推進了極其重要的一步； 7、首次發現直流電場能誘導小膠質細胞向負極定向遷移，初步結果提示對小膠質細胞的表型轉變有可能的影響；8、在推進到系統的分子機制探索之前，順利開展了顱腦創傷後lncRNA的組學研究，篩選出271個變化的lncRNA，並進一步做了生物信息學挖掘及驗證，從而為神經細胞趨電特性分子機理的系統研究奠定了基礎。綜上所述，本項研究首次系統地對人/鼠源性的各類神經細胞進行了體外/體內直流電場刺激研究，收穫了多項最新發現，為神經細胞運動特性的研究提供了新的研究策略，為深入進行分子機制研究提供了可能的研究角度和切入點。