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研究人员开发出绘制小鼠脑细胞变化和发育图谱的方法

宾夕法尼亚州好时市-宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新的方法来研究大脑发育的关键时刻。宾夕法尼亚州立大学医学院神经与行为科学助理教授Yongsoo Kim正在使用这种方法来了解催产素受体在正常发育的小鼠和自闭症谱系障碍模型中的表达如何变化。

该技术使科学家能够创建正在发育的小鼠大脑的图谱,以显示不同区域中存在的某些特定细胞类型的数量,这是能够研究大脑中神经发育障碍的关键的第一步。

金说:“关键的神经联系是在早期发展过程中形成的。”“我们可以应用这种作图方法研究发育中的小鼠大脑中不同脑细胞类型的变化,以了解细胞水平的神经发育障碍。”

金和他的同事们制作了地图,以帮助他们了解催产素(一种由大脑产生的神经递质)在早期发育过程中如何被大脑利用。先前的研究表明,催产素在调节社会行为中起着一定的作用,但是关于在整个发育过程中的不同时间,大脑中不同部位如何介导催产素作用于整个大脑神经网络的受体的信息很少。

该研究小组假设,随着各个大脑区域的成熟,不同的大脑区域将具有不同的催产素受体(OTR)表达水平。以前研究催产素受体表达的研究使用的方法只能分部分分析大脑的选定区域。

Kim的新技术能够使用串行双光子断层扫描和基于机器学习的算法以细胞分辨率对整个小鼠大脑成像,以检测表达催产素受体的荧光标记神经元。

该团队从出生后不同的早期发育阶段(即出生后7、14、21和28天)创建了模板大脑。通过生成脑部图像的平均值并标记关键解剖结构来创建模板。它们充当了在发育的不同阶段对催产素受体进行成像,检测和定量的参考点。这项研究的结果最近发表在《自然通讯》上。

Kim及其同事发现,OTR表达在出生后21天在小鼠大脑中达到峰值,这相当于人类的幼儿期。下丘脑中的OTR表达持续增加直至成年,这表明催产素信号可能在产生性别特异性行为中起作用。他们还研究了无法产生催产素受体的小鼠,并注意到突触密度显着降低-表明催产素在连接大脑方面起着关键作用。

金说,本研究中用于研究OTR的相同方法可以应用于其他脑细胞类型,以了解其跨时间的空间排列。研究团队建立了一个基于Web的平台来托管和显示新图像,以供其他研究人员访问。

“这些图像将作为比较各种脑部疾病小鼠模型中OTR表达的基本基线,” Kim说。“我们能够在自闭症小鼠模型中研究OTR表达,并将通过进一步研究不同脑细胞类型的功能和解剖变化以及遗传和环境因素如何影响儿童早期大脑发育来建立这些发现。”

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