由Xiaomeng汉

如果你最好的朋友贝蒂告诉你,她喉咙痛,流鼻涕,并且失去了她的嗅觉或味道,你可能会立即认识到Covid-19的症状。但是,如果她最近变得非常健忘怎么办?最近的新兴证据表明SARS-COV-2,导致Covid-19的病毒可以感染大脑中的细胞。事实上,一些签约病毒的人发育了神经系统症状丧失记忆,改变精神状态, 乃至笔画。为了研究病毒如何影响大脑,两组科学家转向了一种名为的新技术脑器有机体。通过使用有机体,实验室结构,部分模仿大脑的复杂性,科学家们描述了病毒如何感染和破坏人脑细胞,并发现若干潜在的疗法才能停止这种意外的症状。

脑器有机体是研究人脑的工具

脑器有机体是微型脑状结构,即科学家在用于模拟疾病的实验室中生长Zika病毒微头畸形:婴儿大脑远远小于预期的疾病,因为它没有正确发展。这种疾病难以与小鼠这样的动物模型研究,因为这些动物通常缺乏人脑的结构和连接。

为研究人类大脑进行多功能模型,Juergen Knoblich博士的实验室2013年开发了大脑有机体使用一个名为的技术诱导多能干细胞或简短的ipscs。科学家们可以使IPSC模仿各种不同的细胞类型,例如免疫细胞或脑细胞,这令人棘手或不可能在身体外生长。

为了使脑器有机体,科学家们在3D结构周围生长IPSC,同时用某些化学化合物治疗它们。由此产生的小,3D束细胞含有类似细胞类型并显示与真正的人类大脑类似的连接可以用于研究动物模型不能完全重新承载的疾病,例如Covid-19(图1)。

图1:脑器有机体可以模拟Covid-19,因为它们与小鼠不同,可以被SARS-COV-2病毒感染。

事实上,这也是Covid-19的情况:SARS-COV-2不能感染正常的实验室小鼠,因此小鼠是研究疾病的进展的不完美模型。因此,最近发表的两份报告使用脑器有机体研究SARS-COV-2。要了解SARS-COV-2是否可以攻击大脑以及如何发生攻击,群体Alysson Muotri教授Akiko Iwasaki教授用病毒感染脑有机体,并评估这些迷你结构中的细胞发生的内容。那么,SARS-COV-2对脑有机体做什么?

SARS-COV-2杀死神经元并减少连接

在一个预印发布于五月发布,科学家们Alysson Muotri教授的实验室在UCSD使用脑有机体来研究SARS-COV-2是否感染大脑中的细胞,如果是的话,哪种细胞类型。在冗长的同行评审过程之前,预印迹是论文的论文,这允许其他科学家在研究期刊审查和公布之前,才能看到数据。科学家将脑内有机体中的细胞分为两种主要类型:神经元,主要细胞类型构成了我们神经系统;和星形胶质细胞,神经元的重要配套细胞。他们发现SARS-COV-2可以感染并杀死不仅仅是一种,而是这两种类型的细胞(图2)。

由于SARS-COV-2可以感染和杀死脑细胞,因此科学家们询问病毒是否影响了构造的结构和相互作用彼此连接的相互作用。具体而言,他们研究了SARS-COV-2如何影响突触,神经元之间的连接对于大脑内信号传输至关重要。他们的数据显示,感染的神经元具有显着降低的突触数,暗示SARS-COV-2不仅杀死神经元,而且损害神经元连接(图2)。那么问题是,SARS-COV-2如何导致神经元死亡和连接损失?

SARS-COV-2通过汇集氧气供应而杀死神经元

在一月,Akiko Iwasaki教授的实验室耶鲁耶鲁发表自己学习如何SARS-CoV-2会导致神经元死亡。这些科学家仔细观察了他们大脑器官系统中被感染的神经元,惊讶地发现大多数死亡的神经元并不是那些真正被病毒感染的神经元。相反,被感染神经元周围的未受感染神经元正在死亡(图2)!为了解释这一令人惊讶的现象,科学家们研究了维持生命的物质新陈代谢这些细胞。

他们的数据显示,受感染的神经元新陈代谢异常活跃,这意味着与附近未受感染的神经元相比,这些细胞消耗了更多的能量。此外,他们发现受感染的神经元有一种叫做高氧的细胞代谢状态的迹象,这表明它们的氧气供应远远高于所需;另一方面,相邻的神经元有相反的细胞代谢状态的迹象,称为缺氧,这意味着它们没有足够的氧气来正常功能和生存(图2)。但是为什么被感染的细胞新陈代谢更活跃?

科学家的假设是,当SARS-COV-2感染细胞时,病毒将它们转化为有效的病毒制造工厂;随着氧气的氧气,这些细胞可能能够搅拌更多的病毒(图2)。根据该模型,SARS-COV-2劫持否则均衡的氧气供应到大脑以产生更多的自身。邻近的未感染细胞可能死亡,因为没有足够的氧气来维持自己。这两组的工作提高了对Covid-19意外的神经系统症状的更好理解;SARS-COV-2通过耗尽氧气供应来杀死神经元。但可以做任何事情来阻止这一入侵吗?

图2:Alysson Muotri教授的实验室显示SARS-COV-2杀死神经元并降低它们的连接。 Akiko Iwasaki教授的实验室表明病毒通过扰乱神经元的氧气供应来杀死神经元。

寻找保护大脑不受SARS-CoV-2感染的药物

脑器有机体也可用于开发新的疗法并测试它们的潜在副作用更快。由于Muotri和Iwasaki组有这些有机体系统,他们也可以使用它们来寻找可以预防SARS-COV-2的脑细胞感染的药物候选者。

Muotri's Group的研究确定了一种叫做抗病毒药物Sofobuvir.,这是一种FDA批准的抗丙型肝炎药物,靶向病毒繁殖必不可少的酶。他们表明,Sofobuvir不仅拯救了神经元,还恢复了它们的连接受损。另一方面,iwasaki研究成功地使用了特定的抗体,蛋白质抵消某些病毒分子,以对抗感染。他们测试的抗体被阻挡ACE-2受体神经元表面上的分子,帮助病毒进入细胞。随着这些受体阻断,病毒不能再感染脑器有机体中的神经元。

这两组成功使用脑器有机体来研究SARS-COV-2的意外侵袭人脑。它们的结果进一步支持有机体作为疾病和药物发现的宝贵模型。此外,这些发现为什么一些Covid-19患者体验神经症状的理论。虽然医生仍然需要几个月或多年来充分表征Covid-19对患者大脑的确切后果,但至少现在我们意识到这种意外和不必要的攻击,并且能够开始积极开发“武器”来反击!


小黄汉是哈佛大学的研究生。神经科学的程序。她使用电子显微镜学研究神经元连接。

想要查询更多的信息:

2关于“意外的入侵:SARS-COV-2如何影响人类大脑

  1. 我认为THC会像MS Paients一样保护一定的数量。
    这里的一句话是一位科学家告诉我,在MS患者MRI上看到的斑点实际上是由分枝杆菌制成的蛋白质,并且蛋白质可能不幸通过血脑屏障。
    分枝杆菌可能比冠状病毒更糟糕,因为它导致麻风病,结核病,克罗恩病和多发性硬化症。

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