移植神经干细胞与听觉神经元功能性突触形成机制的研究

To rebuild the afferent auditory pathway is the key step for the treatment of post-cochlear neural deafness. In previous research, we loaded the hydrogel scaffold with neural stem cells and BDNF and injected the hydrogel into a rat model of deafness induced by spiral ganglion neuron degeneration. Four weeks after injection, we found that a large number of transplanted stem cells survived and differentiated into neuronal cells. More than that we found that these cells sent out fibers into the cochlear nucleus and formed synaptic connection with cochlear nucleus neurons. But, whether these synaptic connections are functional? And if yes, how do these functional synapses formed? Can they transfer the peripheral auditory stimulates into the brain? In order to answer these questions, we plan to establish an in vitro co-culture model including the neural stem cells and organotypic cochlear nucleus slices. We are going to observe the effect of different kind of stimulations on the synaptic forming between neural stem cells and cochlear nucleus. And functional multiple neuron potential relevant calcium imaging techniques will be performed to investigate the functional feedbacks of stem cells and cochlear nucleus neurons to stimulation. With these studies, we hope to elucidate the possible mechanism of forming functional synapses between the transplanted stem cells cochlear nucleus. And how do these synapses work will also be investigated.

重建听觉传入通路是治疗蜗后神经性耳聋的关键。前期研究中，我们将神经干细胞装载于能缓慢释放BDNF的细胞骨架中并移植于螺旋神经元凋亡大鼠听神经内，4周后发现：移植细胞分化为神经元样细胞，并发出纤维与耳蜗核神经元形成突触联系。但新形成的突触是否具有功能及促进功能性突触形成的机制如何尚需验证。为此，我们拟建立神经干细胞和器官型脑干耳蜗核切片的体外联合培养模型，观察不同类型刺激对二者间突触形成及突触重塑的影响，并应用功能性多神经元钙成像技术观测刺激后神经干细胞与耳蜗核神经元间突触电活动特点及动作电位相关性钙瞬变的形成。以获得二者间形成功能性突触联系的证据。我们希望通过上述研究阐明移植神经干细胞与耳蜗神经核能够形成功能性突触，并探索促进这些功能性突触形成的相关机制。

背景：重建听觉传入通路是治疗蜗后神经性耳聋的关键。利用神经干细胞的多能分化能力，将其移植于受损的听神经内，并在特定环境下诱导其分化为神经元从而修复听神经是一种可能的方法。.主要研究内容：本实验研究建立体外耳蜗核脑片与神经干细胞的联合培养模型，并在该模型上验证不同细胞外环境及辅助支持细胞对神经干细胞与耳蜗核脑片之间神经突触联系形成的影响。建立螺旋神经节神经元损毁耳聋动物模型，并将神经干细胞移植于该动物模型听觉神经系统内，观察察到移植神经干细胞在模型动物耳蜗核内存活及迁移，并发出神经纤维与耳蜗核内神经元形成直接突触联系。.结果：我们在体外联合培养模型中发现嗅鞘细胞、脑源性神经营养因子、神经营养素等外部微环境能促进神经干细胞的分化、增殖及神经纤维的生长，并促进干细胞与耳蜗核脑片间形成直接的神经纤维联系。我们采用通过内耳给药（β-bungarotoxin）方法建立了稳定的听神经损伤的耳聋动物模型，并观察到体内移植的神经干细胞在没有神经营养因子的环境中很难长期存活；而在联合移植了脑源性神经神经营养因子（BDNF）及神经营养素（NT）的实验动物中，神经干细胞能够长期存活，并分化为神经元样细胞并向耳蜗核神经元投射出神经纤维与之形成直接突触联系。.科学意义：实验结果提示，在适宜的人工细胞外环境中，移植神经干细胞能够与体外培养的脑干耳蜗核神经元形成直接神经纤维联系；移植于耳聋动物听神经内的干细胞能在耳聋动物听神经内存活，并能够分化为神经元样细胞，且可以发出神经纤维投射。神经干细胞、BDNF、NT3及嗅鞘细胞联合移植可能成为修复受损伤听觉神的一种有应用前景的方法。