约翰斯·霍普金斯医学院的研究人员报告称，他们已确定哺乳动物大脑如何构建复杂的微小管道网络，这些管道在脑细胞内外运输毒素，其运作方式类似于工厂和商店中气动管道系统传送物品的原理。
他们的实验使用了基因改造小鼠和先进成像工具，由美国国立卫生研究院支持，并于10月2日在《科学》杂志上发表。研究团队表示，这一发现可能加深科学家对阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病发展机制的理解，为新治疗方法提供潜在途径。
在研究中，科学家观察到这些被称为纳米管的微观管道主要形成是为了帮助神经元排出β-淀粉样蛋白等有毒小分子。这种蛋白质可聚集成粘性斑块，是阿尔茨海默病的典型病理特征之一。
"细胞必须清除有毒分子，通过产生纳米管，它们可以将这些有毒分子传输给邻近的细胞，"约翰斯·霍普金斯大学医学院神经科学副教授、通讯作者金亨培表示。"不幸的是，这也导致有害蛋白质扩散到大脑的其他区域。"
在强大显微镜和活细胞成像技术的帮助下，研究团队观察到神经元在其树突之间创建了长而细的延伸结构——这些连接脑细胞的分支突起。研究人员称之为"树突纳米管"，它们似乎在神经元之间穿梭运输有害分子。
"这些树突纳米管的长而细的柱状结构有助于神经元之间快速传递信息，"金亨培解释道。"这些纳米管可以运输钙、离子或有毒分子，特别适合向远处的细胞发送信息。"
该过程的计算机模拟反映了淀粉样蛋白积聚的早期阶段，即"早期淀粉样变性"，并揭示了研究人员所描述的"纳米管连接层"，为脑细胞相互作用增添了新的维度。金亨培指出，这些见解可能帮助科学家改进治疗阿尔茨海默病和类似疾病的方法。
为探索这一现象，研究人员从健康小鼠身上采集了小块脑组织样本，并使用高分辨率显微镜进行检查，使他们能够详细观察纳米管并追踪它们如何在神经元之间移动物质。随后，他们将这些样本与经过基因改造、发展出类似阿尔茨海默病淀粉样蛋白积聚的小鼠脑组织进行了比较。
研究人员发现，在3个月大时（此时小鼠尚无症状），患阿尔茨海默病的小鼠大脑中纳米管数量比同龄正常小鼠明显更多。到了6个月大时，正常小鼠和患阿尔茨海默病小鼠的纳米管数量开始趋于相等。
通过更仔细地观察人类神经元（经许可从公共电子显微镜数据库中取样），科学家们确认纳米管以类似方式在神经元之间形成，与实验室小鼠中观察到的情况一致。
金亨培表示，在未来实验中，研究团队将重点关注大脑中除神经元外的其他细胞类型是否存在更大规模的纳米管网络。最终，他计划设计一个实验，研究人员将创建一个纳米管，观察它如何影响细胞状态。他表示，有了这些知识，未来有可能通过调节纳米管的产生来保护大脑。
"在设计基于这项工作的潜在治疗方法时，我们可以根据疾病阶段，通过增加或减少纳米管的形成来靶向控制它们的产生方式，"金亨培说。
这项研究由美国国立卫生研究院资助（项目编号DP1MH119428和R01NS138176）。
参与该研究的其他研究人员包括约翰斯·霍普金斯大学的张敏岳（Minhyeok Chang）、莎拉·克吕塞尔（Sarah Krüssel）、金珠贤（Juhyun Kim）、丹尼尔·李（Daniel Lee）、亚历克·梅罗迪奥（Alec Merodio）和权在荣（Jaeyoung Kwon）；以及来自日本东京大学的拉克希米·库马尔·巴拉朱利（Laxmi Kumar Parajuli）和冈部重男（Shigeo Okabe）。
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