神经调控技术在脑科学研究中的应用研究进展

通过药物和物理刺激(如光、电、磁、超声)的方法可实现对脑神经元功能的操控。其中,化学遗传和光遗传技术由于可精确操控目标脑区特定类型的神经元,在脑环路功能研究中应用最为广泛。近年来开发的磁遗传技术可在磁场条件下利用磁感应元件激活神经元,实现了对大脑特定脑区神经元的非侵入且瞬时的调控。本文主要对脑科学研究中最常用的化学遗传和光遗传技术的发展进程和存在问题,以及正处于探索阶段的磁遗传技术的最新进展进行综述,同时也讨论了经颅电刺激、经颅磁刺激、深部脑刺激和经颅超声刺激技术在脑疾病的治疗中发挥的作用。期望通过不断的调整和改善,这些技术能更好地应用于脑科学研究和脑疾病治疗。

铁硫簇结合蛋白1的磁感应能力

目的探究铁硫簇结合蛋白1(ISCA1)磁场刺激后对细胞钙内流的影响。方法(1)制备携带ISCA1基因的质粒、携带Magneto 2.0序列的质粒和空载质粒,且3种质粒均携带mCherry基因,包装成慢病毒感染HEK293A细胞,荧光显微镜观察慢病毒感染效率。(2)免疫共沉淀技术检测ISCA1与隐花色素1(CRY1)和CRY2蛋白之间的结合。(3)在磁场(40 mT,0.1 Hz,90%占空比)条件下,活细胞钙成像技术检测高表达ISCA1或Magneto 2.0细胞的钙内流。结果(1)在HEK293A细胞中观察到红色荧光,表明慢病毒转染成功。(2)外源ISCA1蛋白与内源CRY1或CRY2蛋白不结合。(3)与加磁前相比,加磁后Magneto 2.0组细胞的绿色荧光强度增加(1.8±0.5)倍(P<0.05),即发生显著的钙内流;而ISCA1组及细胞对照组细胞的绿色荧光强度与加磁前相比无显著差异。结论外源高表达ISCA1的细胞在此磁场条件刺激后未引起细胞钙内流,无明显磁感应性。

鸢尾素对炎症状态下小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的研究鸢尾素(irisin)对炎症状态下骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的保护作用。方法分离、培养小鼠BMSCs并将其分为3组:对照组(Vehicle),牙龈卟啉单胞菌脂多糖诱导炎症组(LPS),Irisin干预组(LPS+irisin;Irisin)。CCK-8试剂盒检测细胞活力;成骨诱导培养后检测碱性磷酸酶(ALP)活性,qPCR检测成骨相关基因Runt相关转录因子2(Runx2)、锌指结构转录因子(Osx)、ALP和骨钙素(OCN)的转录表达,Western blot检测成骨相关蛋白ALP和OCN的表达,茜素红染色半定量分析检测矿化水平。结果与Vehicle组相比,LPS显著促进BMSCs增殖(P<0.05);LPS下调Runx2、Osx、ALP和OCN的转录水平,降低ALP和OCN蛋白表达(P<0.05),而irisin干预显著上调Runx2、Osx和ALP转录表达,提高ALP和OCN蛋白表达,并提高矿化水平(P<0.05)。结论Irisin可促进炎症微环境中小鼠BMSCs成骨分化。

富血小板纤维蛋白治疗糖耐量受损患者牙周垂直型骨吸收的效果评价

目的评价富血小板纤维蛋白(PRF)对糖耐量受损患者牙槽骨垂直型骨吸收的疗效。方法选取2019-01至2021-12于北京市昌平区中西医结合医院口腔科就诊的糖耐量异常的慢性牙周炎患者60例,随机分为对照组(n=30)和富血小板血浆治疗组(PRF,n=30)。牙周手术当天和术后6个月,分别检测患者血清中炎性因子白细胞介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平,测定出血指数(BI),探诊深度(PD)和附着丧失(AL)的变化,测定骨缺损区骨密度(BMD)和牙槽骨高度的变化。结果牙周术后6个月,与对照组相比,PRF干预显著降低血清IL-6[(4.01±0.90)ng/L vs.(3.12±1.12)ng/L]和TNF-α浓度[(4.16±1.21)ng/L vs.(3.08±1.32)ng/L](P<0.05);降低PD[(4.9±1.1)mm vs.(3.1±1.2)mm]和AL[(5.4±1.4)mm vs.(4.2±0.9)mm],差异有统计学意义(P<0.05)。结论PRF干预能降低糖耐量受损牙周炎患者血浆炎性因子水平,促进牙周软组织再生。

炎症微环境中脐带干细胞外泌体对牙周膜干细胞增殖和迁移的影响

背景在炎症微环境中牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)的生物活性受到抑制是牙周再生困难的重要原因。脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs)来源外泌体(exosome,Exo)具有与UCMSCs相似的生物学作用,广泛用于多种组织的再生修复,但在牙周再生方面的研究仍然缺乏,对炎症微环境中PDLSCs生物活性的影响尚不明确。目的探讨在炎症微环境中UCMSCs来源外泌体对PDLSCs增殖和迁移的影响。方法提取UCMSCs来源外泌体并进行鉴定;分离PDLSCs并进行鉴定;荧光显微镜下观察PDLSCs对外泌体的摄取内吞;按照空白对照组、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)组、TNF-α+25μg/mL外泌体组、TNF-α+50μg/mL外泌体组、TNF-α+100μg/mL外泌体组进行实验分组,分别通过CCK-8实验、划痕实验、Transwell实验检测炎症微环境中外泌体对PDLSCs增殖、横向迁移及纵向迁移的影响。测炎症微环境中外泌体对PDLSCs增殖、横向迁移及纵向迁移的影响。结果透射电镜下UCMSCs来源外泌体呈现类圆型,直径100 nm左右。Western blot检测到外泌体表面蛋白CD9、CD63、CD81表达阳性。成功提取PDLSCs,能够表达间充质干细胞表面标记蛋白CD90、CD73、CD29、CD105。免疫荧光结果显示UCMSCs来源外泌体可以被PDLSCs内吞。CCK-8实验表明UCMSCs来源外泌体可以促进炎症微环境中PDLSCs的增殖(P<0.05),100μg/mL外泌体促增殖作用最佳(P<0.05)。Transwell实验和划痕实验分别表明UCMSCs来源外泌体可以促进炎症微环境中PDLSCs的横向迁移及纵向迁移,且呈浓度依赖性,外泌体浓度100μg/mL促迁移作用最佳(P<0.05)。结论在炎症微环境下,UCMSCs来源外泌体可以有效促进PDLSCs的增殖和迁移,高浓度外泌体促增殖及迁移效果更佳,这为外泌体应用于牙周再生奠定了基础。

生长分化因子11对高糖环境中人甲状腺乳头状癌K1细胞凋亡的影响

目的探讨生长分化因子11(growth differentiation factor 11,GDF1)对高糖环境中人甲状腺乳头状癌K1细胞凋亡的影响。方法将人甲状腺乳头状癌K1细胞分为3组:对照组(Vehicle)、高糖组(HG)和GDF11组(HG+GDF11;GDF11)。各组细胞培养3 d后,流式细胞术检测细胞凋亡率,western blot检测凋亡相关蛋白Bax与Bcl-2的蛋白水平,实时荧光定量逆转录PCR检测核转录因子E2相关因子(nuclear factor erythroid2-related factor 2,Nrf2)的转录表达,活性氧(ROS)试剂盒检测细胞内的ROS水平。结果与对照组相比,高糖环境中K1细胞的凋亡率降低,Bcl-2/Bax蛋白表达比升高,Nrf2基因表达上调,细胞内ROS水平下降;而GDF11干预显著提高高糖环境中K1细胞的凋亡率,降低Bcl-2/Bax蛋白表达比,下调Nrf2基因转录表达,并提高细胞内的ROS水平。结论GDF11可能通过提高高糖环境中K1细胞内的氧化应激反应促进细胞凋亡。

提高氧化锆饰瓷结合性能的研究进展

由于氧化锆材料的美学性能不佳,在用于前牙美容修复时,仍需依赖在其表面饰瓷以实现美学特点的再现。相较于金属烤瓷修复体,氧化锆全瓷修复体更易发生饰瓷的剥脱和崩裂,并导致修复失败。因此,如何提高氧化锆与饰瓷的结合已成为全瓷修复研究中的热点和难点之一。本文从氧化锆基底冠的设计、表面处理方式、饰瓷的工艺和厚度等方面对提高氧化锆-饰瓷结合性能的相关研究作一综述。

电喷雾法制备海藻酸盐-明胶-脂肪干细胞微球及其修复关节软骨损伤的可行性

背景:微球可作为细胞递送系统,通过注射或者与其他支架相结合的方式使细胞定位于软骨损伤处使其再生。目的:采用电喷雾法将脂肪源性干细胞负载至海藻酸盐-明胶微球中,评估微球中的细胞活性、增殖和成软骨分化能力。方法:使用电喷雾技术制备含不同质量浓度明胶(0,5,15,25 g/L)的海藻酸盐微球,光学显微镜下观察微球的外观,选择形成完整微球的明胶质量浓度用于以下实验。使用电喷雾技术制备含脂肪源性干细胞的海藻酸盐微球与海藻酸盐微球-明胶微球,光学显微镜下观察成球效果。将含细胞的两种微球培养于旋转细胞培养系统内,在设定的时间点检测微球内细胞的增殖能力、活性与成软骨能力。结果与结论:①加入0,5 g/L的明胶可制备出完整的微球,微球直径分别为(365.85±16.88),(358.85±23.97)μm,两种微球直径比较差异无显著性意义(P﹥0.05),后续实验选择明胶质量浓度为5 g/L;②加入脂肪源性干细胞不影响藻酸盐微球与海藻酸盐微球-明胶微球的成球性与微球直径;③含细胞海藻酸盐微球-明胶微球培养7,14 d的细胞增殖数量、活细胞比例均高于含细胞海藻酸盐微球(P<0.05);④成软骨诱导培养后,含细胞海藻酸盐微球-明胶微球诱导7,14,21 d的糖胺多糖含量高于含细胞海藻酸盐微球(P<0.05);⑤结果表明,海藻酸盐-明胶微球更易促进脂肪源性干细胞的增殖并保持细胞活性,是软骨组织工程领域中一种具有巨大潜力的生物材料。

精脒对老龄小鼠股骨微结构的影响

目的探讨精脒(Spermidine)对老龄小鼠股骨微结构的影响。方法选取20只21月龄C57老龄小鼠随机分为对照组(Vehicle,n=10)和实验组(Spermidine,n=10),Spermidine组在饮水中按3 mmol/L的浓度加入Spermidine,干预时间为12周。每周测量各组小鼠的体重;实验结束时,检测血、尿中骨代谢生化指标,micro-CT测量分析股骨形态学指标。结果与Vehicle组相比,Spermidine对老龄小鼠的体重无影响;骨源性碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)水平显著升高,差异有统计学意义(P<0.05);可明显提高骨小梁相对骨体积(trabecular bone volume per tissue volume,Tb.BV/TV)、骨小梁数目(trabecular number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)和骨密度(bone mineral density,BMD),降低骨小梁间隙(trabecular separation,Tb.Sp),差异均有统计学意义(P<0.05)。结论Spermidine能缓解小鼠老龄性骨质疏松。

大麻二酚对衰老小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化影响的体外细胞实验

背景衰老状态的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨分化能力降低,影响正常骨代谢。细胞自噬在衰老过程及成骨代谢中发挥重要作用,大麻二酚(cannabidiol,CBD)能促进自噬,但CBD能否通过调节自噬进而促进衰老BMSCs成骨分化仍不清楚。目的探究CBD对衰老小鼠BMSCs成骨分化的影响以及细胞自噬在其中的作用。方法复苏并培养小鼠BMSCs,使用D-半乳糖(D-gal)诱导体外细胞衰老模型,将细胞随机分为对照组(Vehicle)、衰老模型组(D-gal)和CBD干预组(D-gal+CBD)。qRT-PCR检测衰老相关基因P16和P21的表达,CCK-8法测定不同条件下BMSCs的增殖活性。加入BMSCs自噬抑制组(D-gal+CBD+氯喹),对四组细胞进行成骨诱导后,Western blot检测自噬相关蛋白P62及LC3B的表达情况,qRT-PCR评估成骨相关基因的表达改变,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)检测试剂盒测定ALP活性。结果经D-gal处理后的BMSCs高表达衰老基因P16及P21,细胞增殖能力降低,P62蛋白表达升高,LC3B-Ⅱ蛋白表达降低,ALP、Runt相关转录因子2和骨钙素的mRNA表达水平及ALP活性下降(P<0.05);而CBD干预显著下调衰老BMSCs中P16及P21的表达,增强细胞增殖活性(P<0.05)。同时,CBD降低P62水平,显著提升LC3B-Ⅱ水平,促进成骨相关基因的转录表达并提高ALP活性(P<0.05)。而当使用氯喹抑制细胞自噬后,CBD促进衰老BMSCs成骨分化的作用减弱(P<0.05)。结论CBD通过激活自噬促进衰老小鼠BMSCs成骨分化。

精脒对衰老兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响及机制研究

背景研究发现衰老兔骨髓间充质干细胞(bone-marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)的成骨分化能力减弱,而精脒(Spermidine)对衰老相关疾病具有保护作用。目的探讨精脒对衰老兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响及其作用机制。方法复苏BMSCs并将其分为3组:对照组(Vehicle,培养基中不加入药物),D-半乳糖诱导衰老组(D-gal,培养基中加入40 g/L D-gal诱导BMSCs衰老),Spermidine干预组(Spermidine,培养基中加入40 g/L D-gal+3μmol/L Spermidine处理BMSCs)。试剂盒检测细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD^(+))与还原型NAD^(+)(NADH)比例,MTT法检测细胞增殖活性。成骨诱导培养后,Western blot检测Sirt1蛋白的表达,qPCR检测成骨相关基因的转录水平。结果与Vehicle组相比,D-gal组细胞内NAD^(+)/NADH比例降低,BMSCs增殖减弱(P<0.05);Spermidine可提高细胞内NAD^(+)/NADH比例并促进BMSCs增殖(P<0.05)。成骨诱导培养后,D-gal抑制Sirt1表达并下调成骨相关基因Runx2、Osx和ALP的转录表达(P<0.05);而Spermidine可上调Runx2、Osx和ALP的转录表达(P<0.05)。当采用siRNA抑制Sirt1表达后,Spermidine上调成骨相关基因转录表达的作用明显减弱(P<0.05)。结论Spermidine可通过激活Sirt1促进衰老兔BMSCs成骨分化。

生长分化因子11对炎症微环境中兔BMSCs成骨分化的影响

目的 探讨生长分化因子11(GDF11)对炎症微环境中兔骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的影响。方法 复苏冻存的兔BMSCs并将其分为3组:对照组(Vehicle)、肿瘤坏死因子-α诱导组(TNF-α)、GDF11干预组(TNF-α+GDF11;GDF11)。流式细胞术检测细胞周期;成骨诱导培养后,检测ALP活性,qPCR检测成骨相关基因Runx2、Osx、ALP和OCN的转录表达,Western blotting检测成骨相关蛋白ALP和OCN的表达。结果 与Vehicle组相比,TNF-α显著促进BMSCs增殖(P <0.05);TNF-α下调Runx2、Osx和ALP的转录表达,降低ALP和OCN蛋白水平(P <0.05),而GDF11干预可显著上调Runx2、Osx和ALP转录表达,提高ALP和OCN蛋白水平(P <0.05)。结论 GDF11可促进炎症微环境中兔BMSCs成骨分化。

GDF11对糖尿病小鼠骨髓间充质干细胞细胞凋亡的影响及其信号机制

目的探讨生长分化因子11(GDF11)对糖尿病小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)细胞凋亡的影响及其信号机制。方法复苏BMSCs并将其分为4组:正常小鼠BMSCs组(Nor),糖尿病小鼠BMSCs组(DB),GDF11干预组(DB+GDF11;GDF11),抑制剂组(DB+GDF11+LY294002;LY)。各组细胞培养3 d后,台盼蓝染色观察细胞凋亡率。Western blot检测凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2和磷酸化(p)-PI3K、p-Akt的表达水平。结果与正常小鼠BMSCs相比,糖尿病小鼠BMSCs细胞凋亡率显著升高[(36.2±3.3)%vs.(3.1±1.1)%,P<0.05];GDF11可降低糖尿病小鼠BMSCs细胞凋亡率[(18.9±1.9)%vs.(36.2±3.3)%,P<0.05],提高Bcl-2/Bax的蛋白表达比[(1.63±0.10)vs.(0.26±0.09);P<0.05],同时激活PI3K[p-PI3K/PI3K:(0.98±0.08)vs.(0.42±0.11);P<0.05]/Akt[p-Akt/Akt:(0.94±0.10)vs.(0.32±0.15);P<0.05]信号通路。而且,当抑制PI3K/Akt信号通路后,GDF11抑制糖尿病小鼠BMSCs凋亡的作用明显减弱[细胞凋亡率:(41.1±3.9)%vs.(18.9±1.9)%,P<0.05]。结论 GDF11可通过激活PI3K/Ak信号通路抑制糖尿病小鼠BMSCs细胞凋亡。

精脒通过激活自噬促进衰老兔BMSCs骨向分化的实验研究

目的:探讨精脒(Spermidine)对衰老兔骨髓间充质干细胞(BMSCs)骨向分化的影响及其自噬机制。方法:复苏兔BMSCs并将其分为4组:对照组(Vehicle),D-半乳糖诱导衰老组(D-gal),Spermidine组(Spermidine)和自噬抑制剂氯奎干预组(CQ)。MTT法检测细胞增殖。成骨诱导后,qPCR检测成骨基因Runx2、Osx、ALP和OCN的转录表达;Western Blot检测成骨蛋白ALP,自噬蛋白P62和LC3B的表达。结果:与Vehicle组相比,D-gal明显抑制BMSCs增殖(P<0.05);而Spermidine可促进BMSCs增殖(P<0.05)。成骨诱导培养后,D-gal下调成骨基因Runx2、Osx和ALP的转录表达,抑制ALP蛋白表达,提高P62蛋白表达并降低LC3B-II蛋白表达(P<0.05)。而Spermidine可上调Runx2、Osx和ALP的转录表达,促进ALP蛋白表达,降低P62蛋白表达并提高LC3B-II蛋白表达水平(P<0.05)。当采用氯奎抑制自噬后,Spermidine上调成骨基因转录表达和促进ALP蛋白表达的作用明显减弱(P<0.05)。结论:Spermidine通过激活自噬促进衰老兔BMSCs骨向分化,为临床上缓解老龄性骨质疏松并进而提高口腔种植手术成功率提供潜在的新药物。