如何使用干细胞治疗运动神经元疾病？

在过去十年中，科学进步使运动神经元疾病（MND）研究取得了巨大进步，但到目前为止，我们对MND中运动通路退化的方式和原因知之甚少。许多不同的因素似乎与这种疾病的发生和发展有关。任何有效的治疗方法都需要解决身体同时发生的大部分（如果不是全部）破坏性变化。因此，很可能需要联合治疗来阻止或减缓疾病进展。一个更艰巨的挑战将是找到可以修复受损神经系统并逆转致残症状的治疗方法。

研究人员现在正在使用人类干细胞“在培养皿中”制作MND模型，旨在发现更多关于MND背后的细胞和分子机制。这些模型系统可进一步用于筛选新疗法。他们还在研究这些人类干细胞本身是否可以用于治疗。有几种类型的干细胞为研究和治疗提供了不同的可能性。

1. 使用干细胞衍生系统研究和理解运动神经元疾病

受MND影响的细胞位于难以接近的神经系统中。这意味着在受影响的个体中研究 MND 非常具有挑战性，并且获得受损细胞样本以在实验室进行更仔细检查的可能性有限。最初的努力集中在使用胚胎干细胞来研究这种疾病。

2008年，美国哈佛大学的一组科学家使用MND患者的皮肤细胞来解决这个问题。研究人员首先将皮肤细胞转化为诱导多能干细胞（iPS细胞）— iPS细胞是经过人工重新编程成为多能干细胞（可以制造更多自身以及体内任何细胞类型的细胞）的细胞。

因此，iPS细胞被用于制造运动神经元，为使用与疾病相关的人类细胞研究 MND 提供了新的机会。使用类似的方法， 爱丁堡大学的科学家们在实验室中从携带 MND 致病基因突变的个体身上生成了运动神经元。这些运动神经元的死亡速度比健康志愿者皮肤产生的运动神经元快得多，因此在培养皿中模拟了 MND。

iPS 细胞衍生模型系统提供了一种强大的工具，可以在疾病背景下观察人体细胞，发现疾病可能如何发展的新机制细节，并检查神经系统的不同细胞如何相互影响。通过从iPS细胞中生成神经胶质细胞并将它们单独培养并与运动神经元一起培养，研究人员可以开始梳理神经胶质细胞在MND中的作用以及神经胶质细胞是否可用于治疗。此外，与肌肉细胞一起生长的运动神经元可以产生NMJ“盘中”，从而可以研究神经元-肌肉信号是如何被破坏的，并可能找到增强和保留MND中这些信号的方法。

最后，iPS技术的一个重要优势是可以从患有不同形式MND的人身上生成细胞，以便更好地了解这些疾病之间的异同，这可能需要特定的治疗方案。 

2. 使用干细胞衍生系统进行药物筛选

在培养皿中培养大量干细胞衍生的运动神经元和其他疾病相关细胞的能力使科学家能够筛选出数千种可能治疗MND的药物。这些可能是全新的药物，或已获准用于人类治疗其他疾病的化合物。通过这种方式，“旧药”可能会快速重新用于MND，方法是将它们快速跟踪到后期的临床研究阶段，而无需进行冗长且昂贵的临床前研究。iPS技术也可能最终为MND开辟一条通向“精准医学”的大门，即根据个体细胞对实验室特定治疗的反应方式，为个体设计定制治疗。

3. 使用人类干细胞治疗运动神经元疾病 ？

使用干细胞衍生的神经元作为细胞替代疗法来治疗MND的可能性仍然是一个巨大的概念、技术和伦理挑战。原因之一是神经系统内回路的复杂性，以及需要任何替代细胞与剩余细胞形成正确的功能相互作用。这些复杂的电路最初是在一个人体内经过多年开发和完善的，以通过“运动学习”实现对运动的精细控制。任何新细胞都需要“学习”如何在不破坏该回路目标的情况下在回路中发挥有意义的作用——因为在任何复杂的网络中，出错的可能性很大。

如上所述，还有许多因素会导致MND中的神经变性，包括潜在的有毒细胞环境。任何移植的细胞，无论多么健康，一旦暴露在这些相同的因素下，都可能简单地退化。

人类干细胞在MND中的另一种潜在用途可能是移植可以支持剩余运动神经元的存活和功能和/或改变它们所暴露的环境的细胞。科学家们希望通过这种方式保护运动通路免受进一步损伤并延长其生存期，从而减缓 MND 的临床进展。这个想法在概念上更实用，并且正在为这种应用测试几种类型的干细胞。

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