三维类脑组织模型将阿尔茨海默病与疱疹联系起来
由塔夫茨大学领导的工程师和科学家使用三维人体组织培养模型来模拟大脑中的成分和条件，以证明零星阿尔茨海默病和单纯疱疹病毒I感染(HSV-1)之间可能的因果关系。今日报道科学的进步该模型将允许进一步研究这种毁灭性神经退行性疾病的原因和可能的治疗方法。
在感染了生物工程大脑中的神经元之后模型对于HSV-1，研究人员观察到淀粉样斑块的形成、神经元的丢失、神经炎症和神经网络功能的减弱，这些都是阿尔茨海默病的典型特征。用抗病毒药物valacyclovir治疗脑组织模型可减少斑块形成和疾病的其他标志物。
其他研究人员的研究表明，病原体作为环境因子可能导致阿尔茨海默病的发展，一些研究指向HSV-1。
“我们的脑组织模型使我们能够更仔细地观察疱疹和阿尔茨海默病之间的潜在因果关系，结果很有趣，”斯特恩家族工程学教授、塔夫茨工程学院生物医学工程系主任大卫·卡普兰说。“在疱疹感染仅仅3天后，我们就看到了β淀粉样蛋白形成的大而密集的斑块，以及一些负责产生斑块的酶的表达增加。我们观察到神经元丢失、神经炎症和神经元之间信号传导抑制——我们在患者身上观察到的一切。以前从未在体外复制过这种疾病的这么多方面。”
研究人员发现，与未感染的组织相比，感染HSV-1的脑组织结构中有40种阿尔茨海默氏症相关基因过度表达。其中最突出的是编码组织蛋白酶G和BACE2酶的基因，这两种酶都被认为与阿尔茨海默病有关，并参与斑块中β淀粉样肽的产生。在组织模型中观察到的这些过表达基因产物中的一些可能成为未来候选药物的靶点。
“这是一种阿尔茨海默病的模型，与其他研究使用的模型非常不同，”大卫·卡普兰实验室的博士后研究助理、该研究的第一作者达纳·凯恩斯说。“其他大多数研究都依赖于使用基因突变在神经元中诱发类似阿尔茨海默病的表型，而我们的却没有，这就是它真正的区别所在。我们使用正常神经元的模型使我们能够证明，单纯疱疹病毒就足以诱发阿尔茨海默病的表型。”
Valacyclovir是FDA批准的用于治疗疱疹感染的抗病毒药物，它在脑组织模型中减轻了阿尔茨海默病样特征。这种药物还能降低与阿尔茨海默病相关的几种分子和酶的表达，如早老素-1，恢复到感染前的水平。建立组织模型是为了便于大规模筛选针对这种复杂和毁灭性疾病的早期发病的治疗或预防候选药物。
3d结构由一个6毫米宽的甜甜圈状海绵状材料组成，由丝蛋白和胶原蛋白组成，并填充正常的神经干细胞，然后引导它们分化成神经元。“甜甜圈”促进了位于丝绸胶原蛋白甜甜圈中的细胞体神经元的生长，同时将轴突延伸到“甜甜圈洞”，分别建立神经连接并模拟大脑的灰质和白质。研究人员不仅可以使用成像方法实时观察神经元的物理和生物变化，还可以监测细胞之间的电活动和通信网络的完整性。
这个模型特别适合研究疾病的起源。大多数其他现有的体外模型使用来自早发型阿尔茨海默病患者的细胞，这些细胞只占患者的1%到6%，来自肿瘤的细胞，或诱导过度表达将他们推向疾病状态的因子。
然而，这些细胞的遗传异常并不一定代表散发性疾病的情况，在95%的病例中，散发性疾病的发生没有基因遗传，原因不明。这些病人一开始大脑应该是正常的组织其中可能有一些与年龄有关的风险因素。环境条件被怀疑在触发导致疾病发作的分子反应级联中起着更重要的作用。这项研究中使用的模型从基因正常的细胞开始，可以更清楚地检查可能导致疾病的环境因素。
