據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)10月26日報道,，美國麻省理工學院最近開發(fā)出一種新方法，能在實驗皿上誘導神經(jīng)元在精確的位置形成軸突連接,。研究人員指出,，通過這種方法，在可控制的條件下,，能迅速,、大規(guī)模地篩選新藥，幫助提高老年癡呆患者的認知能力,。相關(guān)論文發(fā)表在10月25日的《自然—通訊》雜志網(wǎng)站上,。
大腦約有1000億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元通過突觸和其它上千個神經(jīng)元相連,，它們釋放神經(jīng)傳導素把信號傳給其它神經(jīng)元,，實現(xiàn)信息共享、協(xié)調(diào)運作,、形成記憶等,，破壞突觸連接會導致神經(jīng)紊亂，記憶力下降,、自閉癥,、老年癡呆等。許多科學家認為,，加強突觸連接能治療這些病癥以及老化導致的腦功能下降,。
目前，實驗室誘導生長的神經(jīng)元一般只能形成一大堆雜亂無章的連接,，很難用于研究,。麻省理工電力工程副教授麥米特·雅尼克和同事設(shè)計出一種新方法，讓每個突觸前神經(jīng)元（將信息傳遞給突觸的神經(jīng)元）都生長在實驗皿上的單獨分隔室中,，分隔室只有一個微小開口通道與其它分隔室相連,。突觸前神經(jīng)元將長長的軸突從這些通道里送出來，進入其它分隔室,，才能與其它的神經(jīng)元形成突觸連接,。“用這種方式,，我們就能誘導突觸在非常精確的位置形成連接。”雅尼克說,，一個實驗皿上能培養(yǎng)數(shù)十萬個突觸,，然后用它們來測試各種潛在的藥物。這種技術(shù)還能探測突觸強度的變化,，敏感度是現(xiàn)有方法的10倍,。
研究人員還用這種新技術(shù)對HDAC抑制劑（組蛋白去乙酰酶抑制劑）的多種變體進行了測試。HDAC是一種酶,，能控制細胞核內(nèi)DNA纏繞的緊密程度,，能使DNA解旋以確定那些基因需要被復(fù)制和表達。目前,，HDAC抑制劑被用來開發(fā)治療老年癡呆及其它神經(jīng)退行性疾病的藥物。他們的目標是找到一種特殊的HDAC抑制劑,，打開能強化突觸連接的基因,。經(jīng)過測試，他們識別出幾種能加強突觸連接的HDAC抑制劑,，最好的一種能將連接強度提高300%,。
托馬斯·杰斐遜大學神經(jīng)科學副教授馬修·達瓦對此表示，新技術(shù)克服現(xiàn)有突觸生長方法的缺點,，為人們研究突觸的形成打開了新的大門,。而在未來的研究中，這一系統(tǒng)也能用于檢驗大腦不同腦區(qū)的各種神經(jīng)元之間的連接,，比如自閉癥患者腦中被損壞的連接,。（生物谷 Bioon.com）
doi:10.1038/ncomms1518
PMC:
PMID:
Synapse microarray identification of small molecules that enhance synaptogenesis
Peng Shi,1, 7 Mark A. Scott,1 Balaram Ghosh,2 Dongpeng Wan,2 Zachary Wissner-Gross,3 Ralph Mazitschek,2 Stephen J. Haggarty4, 5 & Mehmet Fatih Yanik1, 5, 6
Synaptic function is affected in many brain diseases and disorders. Technologies for large-scale synapse assays can facilitate identification of drug leads. Here we report a 'synapse microarray' technology that enables ultra-sensitive, high-throughput and quantitative screening of synaptogenesis. Our platform enables the induction of synaptic structures in regular arrays by precise positioning of non-neuronal cells expressing synaptic proteins, while allowing neurites to grow freely around these cells. The technology increases by tenfold the sensitivity of the traditional assays, and simultaneously decreases the time required to capture synaptogenic events by an order of magnitude. It is readily incorporated into multiwell formats compatible with industrial high-throughput screening platforms. Using this technology, we screened a chemical library, and identified novel histone deacetylase (HDAC) inhibitors that improve neuroligin-1-induced synaptogenesis by modulating class-I HDACs. We also found a structure–activity relationship for designing novel potent histone deacetylase inhibitors, which can be applied towards development of new therapeutics.
