Een onderzoeksteam van meerdere instituten onder leiding van BGI-Research heeft BGI Stereo-seq-technologie gebruikt om 's werelds eerste spatiotemporele cellulaire atlas van de axolotl (Ambystoma mexicanum) hersenontwikkeling en -regeneratie te construeren, en onthulde hoe een hersenletsel zichzelf kan genezen. De studie werd gepubliceerd als coverartikel in het laatste nummer van Science .

Het onderzoeksteam analyseerde de ontwikkeling en regeneratie van salamanderhersenen, identificeerde de belangrijkste neurale stamcelsubsets in het proces van salamanderhersenregeneratie en beschreef de reconstructie van beschadigde neuronen door dergelijke stamcelsubsets. Tegelijkertijd ontdekte het team ook dat hersenregeneratie en -ontwikkeling bepaalde overeenkomsten vertonen, die hulp bieden voor de cognitieve hersenstructuur en -ontwikkeling, terwijl het nieuwe richtingen biedt voor onderzoek naar regeneratieve geneeskunde en behandeling van het zenuwstelsel.

In tegenstelling tot zoogdieren hebben sommige gewervelde dieren het vermogen om meerdere organen te regenereren, waaronder delen van het centrale zenuwstelsel. Onder hen kan de axolotl niet alleen organen zoals ledematen, staart, ogen, huid en lever regenereren, maar ook de hersenen. De axolotl is evolutionair geavanceerd in vergelijking met andere teleosten, zoals de zebravis, en zijn hersenen vertonen een grotere gelijkenis met de hersenstructuur van zoogdieren. Daarom gebruikte deze studie de axolotl als een ideaal modelorganisme voor onderzoek naar hersenregeneratie.

Eerder onderzoek heeft slechts gedeeltelijk gekarakteriseerd welke cellen en paden betrokken zijn bij hersenregeneratie. In deze studie gebruikten onderzoekers BGI's Stereo-seq-technologie om een ​​ruimtelijk-temporele kaart met een enkele celresolutie te creëren van de ontwikkeling van de salamanderhersenen over zes belangrijke ontwikkelingsperioden, die de moleculaire kenmerken van verschillende neuronen en dynamische veranderingen in ruimtelijke distributie liet zien. Onderzoekers ontdekten dat neurale stamcelsubtypes die zich in het ventriculaire zonegebied in de vroege ontwikkelingsfase bevinden, moeilijk te onderscheiden zijn, maar begonnen zich te specialiseren met ruimtelijke regionale kenmerken vanaf het adolescente stadium. Deze ontdekking suggereert dat verschillende subtypes verschillende functies kunnen uitoefenen tijdens regeneratie.

Door de hersenen te bemonsteren op zeven tijdstippen (2, 5, 10, 15, 20, 30 en 60 dagen) na een verwonding aan het corticale gebied van de salamanderhersenen, konden de onderzoekers celregeneratie analyseren.

In het vroege stadium van de verwonding begonnen nieuwe subtypes van neurale stamcellen in het wondgebied te verschijnen en op dag 15 verschenen er gedeeltelijke weefselverbindingen in het gewonde gebied. Op dag 20 en 30 merkten onderzoekers op dat de wond gevuld was met nieuwe weefsels , maar de celsamenstelling was significant verschillend van het niet-gewonde gebied. Op dag 60 waren de celtypes en distributie teruggekeerd naar dezelfde status als het niet-gewonde gebied.

Door de moleculaire verandering tijdens de ontwikkeling en regeneratie van de salamanderhersenen te vergelijken, ontdekten onderzoekers dat het vormingsproces van neuronen sterk vergelijkbaar is tijdens zowel ontwikkeling als regeneratie. Dit resultaat geeft aan dat hersenletsel neurale stamcellen ertoe kan aanzetten om omgekeerd te transformeren naar een vroege ontwikkelingsstaat om het regeneratieproces te starten.

"Door axolotl als modelorganisme te gebruiken, hebben we de belangrijkste celtypen geïdentificeerd in het proces van hersenregeneratie. Deze ontdekking zal nieuwe ideeën en richtlijnen opleveren voor regeneratieve geneeskunde in het zenuwstelsel van zoogdieren," verklaarde Dr. Yin Gu, mede-corresponderende auteur van de paper, adjunct-directeur van BGI-Research.

"De hersenen zijn een complex orgaan met onderling verbonden neuronen. Daarom is een belangrijk doel in de regeneratieve geneeskunde van het centrale zenuwstelsel niet alleen om de ruimtelijke structuur van neuronen te reconstrueren, maar ook om de specifieke patronen van hun intra-weefselverbindingen te reconstrueren. Daarom is het is belangrijk om de 3D-structuur van de hersenen te reconstrueren en de systemische reacties tussen hersengebieden tijdens regeneratie in toekomstig onderzoek te begrijpen."

Naast BGI, onderzoekers uit China, de Verenigde Staten en Denemarken, waaronder Guangdong Provincial People's Hospital, South China Normal University, Wuhan University, School of Life Sciences aan de University of Chinese Academy of Sciences, Shenzhen Bay Laboratory, Whitehead Institute, University van Kopenhagen en andere instituten namen deel aan deze studie die ethische goedkeuring kreeg en in het laboratorium gekweekte axolotl gebruikte. + Verder verkennen

Neuronen en glia werken samen om neurale regeneratie te stimuleren na hersenletsel