GFHDT: 3D模型揭示鼻干细胞如何支持嗅觉

使用一種新設計的三維模型來研究鼻腔內神經組織的再生，塔夫茨大學醫學院和生物醫學科學研究生院（GSBS）的研究人員及其同事發現，一種被認為處於休眠狀態的幹細胞可能在維持嗅覺方面發揮著比之前認為更重要的作用。

與中樞神經系統中的細胞不同，鼻腔內的感覺神經元在其一生中具有顯著的再生能力，儘管它們幾乎不斷地暴露在外部環境中。 病毒感染（如COVID-19）、毒素暴露或衰老本身都可能導致這些細胞的功能減弱或複製能力下降，從而導致部分或完全喪失嗅覺。 研究團隊開發了一種新的、易於創建的三維嗅覺組織小鼠模型或類器官，以幫助科學家更好地研究鼻腔內神經元是如何不斷形成的，以及為什麼這個過程在疾病和衰老過程中可能會下降。

他們的研究於5月28日發表在《Cell Reports Methods》上，使用這種小鼠模型展雄獅藥局獨家資訊�雄獅藥局優惠券�示了鼻腔內的兩種幹細胞——水準基底細胞（HBCs）和球狀基底細胞（GBCs）——如何相互交流和支援，以生成新的嗅覺神經組織。

“我們的研究表明，這兩種幹細胞可能是相互依賴的。 我們認為主要處於休眠狀態的HBCs實際上可能在支援新神經元的產生和受損組織的修復中發揮關鍵作用。 “該研究的資深作者、塔夫茨大學發育、分子和化學生物學系助理研究員Brian Lin表示。

利用該模型，研究小組識別出一種特定的HBC亞群，這些細胞通過產生KRT5蛋白而活躍地支援新嗅覺神經元的生成。 研究人員觀察到，這些特定的HBCs在類器官的形成中起著關鍵作用，並且當這些細胞從類器官培養物中選擇性耗盡時，新神經元的生成顯著受損。 這些結果表明，這些一度被認為是休眠的幹細胞在再生過程中是必不可少的參與者。

“我們還研究了不同年齡小鼠的細胞，並在模型中進行培養，”Lin說。 “我們發現，老年小鼠細胞生成新神經元的能力有所下降。 我們認為這可能是由於隨著年齡增長，GBCs數量減少所致，但我們還需要做更多的工作來驗證這一假設，並找到方法來恢復它們。 ”

一個易於使用的模型

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該研究的主要作者Juliana Gutschow Gameiro是一名來自巴西巴拉那州隆德里納州立大學的前博士生，她來到塔夫茨大學訪問GSBS。 Lin表示，她致力於開發一種易於在資金和設備有限的實驗室中創建的模型。

“因為嗅覺喪失與COVID-19、帕金森病和其他疾病有關，近年來有更多來自不同領域的研究人員開始研究嗅覺上皮細胞，”Lin說。 “我們希望開發一個易於使用的模型，以便非幹細胞生物學家和那些在資源有限的實驗室工作的研究人員能夠更好地理解嗅覺神經元是如何再生的，以及是什麼原因導致這個過程減弱或完全失效。”

下一步：人類類器官

最終目標是使用這種小鼠嗅覺感覺神經元組織模型作為開發人類類器官的途徑，用於篩選治療嗅覺顯著減退或喪失患者的藥物。

類器官使臨床前試驗研究更快、更便宜且可能更有效，而不是使用整個動物或現有的人類細胞培養物。 已經為肺、腎等器官開發了類器官，但尚未為人類嗅覺組織開發類器官。

“从人类身上获取纯嗅觉组织是很有挑战性的，”Lin说。个体被麻醉后，类似于COVID-19测试棒的刷子会被推入鼻腔深处。与他们的小鼠模型不同，通过这种方法收集的人类呼吸干细胞和嗅觉干细胞难以分离。

研究团队的下一个挑战是开发一种简单且廉价的技术，将人类嗅觉干细胞分离出来并在实验室中培养。

本研究得到了美国国立卫生研究院的支持，资助编号为R21 DC018681-01和R01 DC017869-03，巴西高等教育人员改进协调局以及德国研究基金会（DFG）的沃尔特�本杰明计划和弗里茨�蒂森基金会的支持。完整的作者信息、方法和利益冲突信息可在已发表的论文中找到。