干细胞“芯片”：大脑疾病的个性化药物可能由此突破！

大脑是人体中一个非常复杂的器官，人类的思想和意识来于此源。正是因为大脑这一人体“指挥官”的角色举足轻重，我们的身体为了保护它采取了许多措施，其中一个措施就是“血脑屏障”（BBB）。

血脑屏障是存在于血管和脑之间的，能选择性地阻止某些物质由血液进入大脑的“屏障”，这主要用于调节从血流进入大脑的物质，防止毒素和其他有害物质进入大脑后对其造成损害。但可惜的是，这个“屏障”同样也会阻止药物到达大脑，这给利用药物治疗脑部疾病设置了障碍。

一些大脑疾病，如肌萎缩性侧索硬化症（ALS，也被称为渐冻症）、帕金森病（PD）和亨廷顿病（HD）等，都与血脑屏障缺陷有关。这些患者的血脑屏障会妨碍大脑必须的生物分子进入大脑，从而导致了疾病的发生。

一项由CIRM资助的研究中，Cedars-Sinai医疗中心联合Ben Gurion大学使用干细胞和诱导多能干细胞（ipscs）制成的“器官芯片”来模拟血脑屏障。在这项研究中，诱导多能干细胞是从人血液样本中诱导产生的，它们衍生形成一层紧密的脑微血管内皮样细胞（ibmecs），这些细胞能正常表达大脑血管系统的标记物；此外，诱导多功能干细胞还会衍生成星形胶质细胞和神经元，与脑微血管内皮样细胞共同组成这模拟的血脑屏障。

上述的细胞被放置在一个电池大小的微流控血脑屏障“器官芯片”上，芯片内有许多微小的中空通道，通道内排列着数万个人体细胞和组织。这种微工程环境能成功复制细胞在人体内的生理状态和机械力。

在“器官芯片”内，细胞能够形成血脑屏障，其功能与人体血脑屏障相同，所以也能阻止某些药物的进入。此外，该“芯片”还具有与人体相同的跨内皮电阻，能用于预测药物通过血脑屏障的通透性。

△An Organ-Chip used in the study to create a blood-brain barrier (BBB).

最值得注意的是，当人工“血脑屏障”是从罕见的先天性神经系统疾病Allan-Herndon-Dudley综合征患者或亨廷顿患者的细胞样本中产生时，血脑屏障就会呈现与该疾病患者血脑屏障相同的功能。这一特性可用于研究这些疾病相关的特异性转运蛋白缺乏和屏障完整性破坏。

根据这两点特性，研究团队将继续利用该模型对血液循环中流通过血脑屏障的小分子进行分析，同时还将对通过血脑屏障转运的多肽和蛋白质进行分泌组分析。

结语：

通过将器官芯片技术与人类多能干细胞相结合，干细胞为我们提供了一个模拟可遗传神经疾病的平台，这将推进脑疾病药物的药物筛选以及增加个性化药物治疗的可能性。干细胞的研究不仅专注于干细胞自身的治疗价值，我们还可以利用干细胞的特性，来“模拟人体”，干细胞对器官和组织的“复刻”，可以帮助科学家们在一比一还原的体外模型上进行研究，大大增强了研究的实现效率、可能性和安全性！

资料来源：

[1]   THE STEM CELLAR:Blood-brain barrier chip created with stem cells expands potential for personalized medicine

[2]   Science Daily:First blood-brain barrier chip using stem cells

[3]   CIRM:Blood Brain Barrier (BBB)-on-Chip: Development and validation of a novel iPS-based microfluidic model of the human BBB

[4]Science Direct:Human iPSC-Derived Blood-Brain Barrier Chips Enable Disease Modeling and Personalized Medicine Applications