賓夕法尼亞州大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員成功誘導(dǎo)神經(jīng)纖維——就是軸突——按每天8毫米的速度生長,，長到10厘米長而沒有發(fā)生斷裂,。這個(gè)長度超過了之前所觀察到的最長長度。為了模擬自然狀態(tài)下的極限,，以及了解更多有關(guān)神經(jīng)元生理學(xué)的知識,，這項(xiàng)新研究對脊髓和神經(jīng)損傷治療有重要意義，因?yàn)檩^長的可移植神經(jīng)軸突是進(jìn)行這類修復(fù)所必須的,。
由腦損傷和修復(fù)中心的Douglas H. Smith博士領(lǐng)導(dǎo)的研究組將大鼠背根神經(jīng)結(jié)（dorsal root ganglia）的神經(jīng)元放入添加了營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)皿上,。軸突從皿上的神經(jīng)元中萌發(fā)出來并與其它皿中的神經(jīng)元連接起來。數(shù)天的時(shí)間中,，利用一個(gè)由精確的計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)動系統(tǒng)將這些培養(yǎng)皿慢慢分開,。“通過迅速和持續(xù)的延伸，我們培養(yǎng)出了大量的能夠用肉眼看到的軸突,，”Smith說,。在不到兩周的時(shí)間里，軸突從開始的100微米長延伸到了10厘米,。Smith和同事將這些結(jié)果發(fā)表在了2004年9月8日的Journal of Neuroscience上,。
“軸突的這種延伸生長展現(xiàn)出了光明的前景，”Smith說,。在軸突長度極大增加的同時(shí),，其直徑也明顯增大。研究人員利用電子顯微鏡觀察了延伸的軸突內(nèi)部構(gòu)架和細(xì)胞器的情況,，從而確認(rèn)了這種生長,。“令人吃驚的是，這種軸突似乎能被這種極端生長激活,。它們不會斷開,，而是形成外觀正常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，”Smith說,。
這種極高的生長率與已知的軸突生長限制顯然很不一致,。“維持這種生長所需的蛋白質(zhì)能夠被運(yùn)輸?shù)捷S突上位點(diǎn)的速度比想象的要快的多，”Smith指出,。研究組提出了兩種可能的機(jī)制進(jìn)行解釋：運(yùn)送的速率非?？旎蛟谧罱咏L著的軸突的位點(diǎn)上制造出所需的蛋白質(zhì)。Smith相信這種生長形式通常發(fā)生在自然狀態(tài)下,。“例如,，據(jù)推斷藍(lán)鯨的脊髓中的軸突生長最快時(shí)每天可達(dá)3厘米而長頸鹿頸部的軸突最快時(shí)每天可生長2厘米，”Smith說,。
研究人員也發(fā)現(xiàn)必需為軸突極限生長限制條件,。“如果我們讓延伸的速度過快,，軸突就會斷裂，”Bryan Pfister博士說,。根據(jù)這個(gè)情況,，研究組猜測在自然狀態(tài)下，動物必須以一定的尺度生長以維持正常的回饋和滿足一定的條件,。
研究人員已經(jīng)較好地了解軸突最初從神經(jīng)元長出并跟隨化學(xué)刺激物與其它神經(jīng)元連接的過程,。然而，一旦軸突到達(dá)了它的目標(biāo),，之后是隨著動物生長變大所必需的延伸過程,。大腦、脊髓和其它骨頭生長過程中的機(jī)械變化是軸突自然延伸的原因,。“我們知道這種延伸不是對神經(jīng)元的張力而是對軸突的張力,，”Smith說。“它是一種形變,，是對軸突的拉伸,。”研究人員到現(xiàn)在還不清楚什么樣的受體和細(xì)胞信號通道參與起始這個(gè)過程。“這種伸長來自整個(gè)身體的生長,，”Smith說,。例如藍(lán)鯨脊骨的生長很可能就是脊柱中神經(jīng)軸突生長的外力。
研究人員說這是一種所有動物物種都保有的生長遺傳程序,，只是到目前為止還沒有進(jìn)行深入的研究,。通過揭示極端延長生長的機(jī)制，研究組正在將這些信息用于研制修復(fù)神經(jīng)和脊髓損傷的神經(jīng)構(gòu)架,。
