光诱导人脐带间充质干细胞的ATP跨膜转运对脑缺血大鼠神经元发生的调控机制

总体目标：探讨基因工程学方法修饰的人脐带间充质干细胞 (Human Umbilical Mesenchymal Stem Cells, hUMSCs)在光调控下对脑缺血受损神经回路的修复机制。运用"光感基因－神经调控技术"（Optogenetic Technology），制备光敏感型hUMSCs；研究光敏感型hUMSCs在光调控下分化为神经元的分子机制：探讨光调控其分化是否由hUMSCs内的ATP跨膜转运信号通路介导；应用脑缺血大鼠模型，研究移植到宿主体内的光敏感型hUMSCs在光调控下对受损神经回路的修复机理；评价这种干细胞对脑卒中的干预治疗效果。本发现将：深刻理解干细胞兴奋后（光刺激）分化为功能化神经元的分子调控机理；阐明干细胞对受损神经回路修复的机制；为"光感基因神经调控技术"与干细胞工程结合的优化策略治疗脑血管病提供理论依据；对治疗神经退行性疾病具有重要的科学、社会和经济意义。

本课题的主要目标是制备光敏型间充质干细胞（hUMSCs）和/或星型胶质细胞（astrocytes），研究光调控对hUMSCs往神经元方向分化的效能和相关的调控机制；利用脑卒中动物模型，评价光调控下，hUMSCs对脑卒中受损神经环路的修复效果。为实现上述目标，我们，1）首先完成了“光基因-神经调控技术”体系的建立、优化与完善, 尤其是此技术在调控“非电兴奋性”细胞功能调控中的应用；2）为了进一步延伸“光基因-神经调控技术”在体外实验中的应用，我们研制了体外光刺激的装置；通过慢病毒载体，将光基因转入星型胶质细胞中，制备了光敏感型的星型胶质细胞，并在此基础上成功建立了光敏胶质细胞和hUMSCs的共培养体系；3）进一步研究了光调控下的星型胶质细胞对hUMSCs 的增殖及神经元方向分化等功能的影响，并探讨了相关ATP介导的可能的机制；4）建立了大鼠脑卒中模型，并将光敏胶质细胞和hUMSCs共移植到动物缺血脑区，探讨光调控下神经胶质细胞对缺血脑区微环境的调控作用，并进一步分析了脑卒中动物模型神经功能的恢复情况，为脑卒中受损神经环路的修复和实现功能桥接提供了新的思路和新的干预靶点。.通过本课题的实施，已发表SCI/EI收录论文3篇，申请专利4项，培养博士毕业生1名，硕士研究生2名；2名助理研究员晋升为副研究员。另外，在此课题资助下，我们举办了2次相关领域的学术会议。经过三年努力，我们已基本实现了本项目的既定目标，顺利完成各项研究任务。

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