大脑修复需要大数据方法

多伦多大学设计医学学院的一个团队在一项新研究中将最新的基因组技术与机器学习相结合，该研究揭示了脑干细胞，提供了有见识，有一天可以帮助大脑自我修复。

作者之一，计算机科学与分子学教授加里·巴德(Gary Bader)说：“这项研究告诉我们更多有关大脑中成年神经干细胞如何形成的信息，这对于开发未来治疗脑和神经系统损伤的药物至关重要。” T的Donnelly细胞和生物分子研究中心的遗传学。

该论文发表在最新一期的《细胞报告》上，描述了成年大脑中的干细胞是如何从它们发育中的皮层(负责认知功能的哺乳动物脑的外层)中的亲本细胞产生的。

Bader和合作者Freda Miller和David Kaplan配备了一种称为单细胞基因组学的强大新技术，这家病童医院(SickKids)的资深科学家和U T分子遗传学系的教授比较了大脑的详细分子概况发育中和成年小鼠大脑中的细胞。这使他们能够确定发育过程中皮质干细胞何时获得其终生身份并被搁置，这样它们就可以为成年后的学习，记忆和组织修复做出贡献。

除了提供关于大脑如何形成的路线图，研究人员还相信，这些发现还为如何唤醒干细胞以促进组织修复提供了线索。

“身体中的许多组织可以自我修复，但是大脑做不到这一点，”巴德说。他补充说：“我们对干细胞如何在发育过程中帮助构建大脑的了解越多，就越容易招募它们来修复受伤的大脑。”

如果成功的话，这种方法可能会导致针对后天性脑损伤和帕金森氏病等疾病的新疗法，甚至可以逆转衰老对大脑的影响。

各地的研究人员都在争相利用干细胞(可以自我更新并产生专门细胞的细胞)来修复因疾病和磨损而受损的组织。一种方法是使用干细胞在培养皿中生长移植组织。但是，诸如Bader之类的研究人员也在寻找另一种选择：利用人体中的驻留干细胞从内部治愈组织。

Bader领导着一个由来自其他十几个实验室的神经科学家，计算专家，工程师，化学家和物理学家组成的跨学科团队，他们正在结合基因组测序，数据分析和细胞培养方面的最新技术，为大脑的形成方式提供新的思路。他们的项目是19个协作团队项目之一，“设计医学”将为其提供资金，以加速再生医学的突破并将其转化为常见疾病的新疗法。

协作方法似乎正在硕果累累。自项目开始以来仅一年多的时间，该团队就已经收集并理解了比五年前多出数百倍的数据。

长期以来，人们一直认为大脑无法自我更新。1960年代，当成年啮齿动物的大脑中首次发现新生的神经元时，这种观点开始慢慢转变。但是直到1990年代，才发现成年的神经干细胞并被证明是新细胞的来源。

但是，关键问题仍然存在：成体干细胞从何而来?它们与胚胎中的相同吗?而且，最重要的是，是否可以根据需要诱使它们重新生长大脑的一部分?

在发育中的大脑中，神经干细胞迅速分裂，产生的细胞将变成数十种神经元和神经胶质细胞，这些细胞有助于组织和维持大脑中的神经回路。研究小组和其他人发现，在出生前不久，细胞的生产就开始失去动力，细胞数量减少，细胞类型减少。到成年时，这些过程几乎全部停止了，只产生了少量的某些类型的细胞。

米勒说：“一部分皮质神经干细胞持续到成年期。”她说：“然后他们只是坐在那里，等到以后使用。”

在成年小鼠的大脑中，皮质干细胞可以保持数月的闲置时间-对于存活约两年的小鼠来说是很长的时间。米勒说，人类在整个生命中也都拥有该区域的干细胞，这些干细胞可以休眠数年​​。

干细胞与其相邻细胞之间交换的化学线索可以协调细胞的诞生。Medicine by Design团队计划首先关注老鼠的大脑，然后关注培养的人脑组织，计划发现诸如生长因子之类的分子，这些分子会告诉干细胞制造神经元和神经胶质，希望有一天将它们用作药物来促进大脑修复在成人中。

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