根据一项使用“迷你大脑”实验室（TBI 芯片）的研究结果，与阿尔茨海默病相关的损伤在脑震荡后几小时内就开始了。

普渡大学

8月29日消息

从头部受到打击到阿尔茨海默病相关损伤的开始需要多长时间？

一种能够追踪震荡力对大脑细胞群的影响的设备表明，答案是在几个小时内。普渡大学（Purdue University）正在研发的“创伤性脑损伤（TBI）芯片”打开了一扇通往因果关系的窗户，这种因果关系随着几十年的流逝而显现出来，但很难追溯到它的起源。

普渡大学Mari Hulman George 应用神经科学教授、瘫痪研究中心主任、基础医学教授、首席研究员 Riyi Shi 博士说：“我们基本上是在创造一个微型的大脑，我们可以撞击它，然后进行研究。我们知道 TBI 和阿尔茨海默病之间存在联系，这在临床观察中得到了很好的证实。但梳理出基本的必要通路并不容易。有了“TBI 芯片” ，我们就能测试很多在活体动物身上很难做到的假设。”

在最近发表在《芯片实验室》（Lab on a Chip）上的一项研究[1]中，Shi 教授领导的一个研究小组让胚胎小鼠培养的神经元簇承受了三次 200g 的冲击力，每次冲击力都接近美式橄榄球运动员单次撞击的上限。创伤导致丙烯醛（Acrolein 一种与氧化应激和神经退行性疾病相关的分子）的产生立即激增，并导致错误折叠的淀粉样蛋白 β42 （Aβ42）团块的增加，这种蛋白团块存在于阿尔茨海默病患者大脑中的斑块中。另外的实验追踪了撞击、丙烯醛和 Aβ42 之间的联系。

研究于2023年6月14日发表在《Lab on a Chip》（最新影响因子：6.1）杂志上

该设备还可以用于测试可能的治疗方法，包括已知的降低丙烯醛水平的药物。在目前的研究中，Shi 教授的团队使用该设备显示，药物肼苯哒嗪（Hydralazine，别名肼屈嗪，一种已知的丙烯醛清除剂，已被 FDA 批准用于降血压）可以减少丙烯醛的数量和受打击后神经元簇中产生的错误折叠 Aβ42 的水平。Shi 教授在研究神经退行性疾病、丙烯醛及肼苯哒嗪方面已经很久了，他说， “TBI芯片”实现了他 20 多年来一直在寻找的发现。

“既然我们知道发生了什么，我们能做些什么吗？”答案是肯定的，” Shi 教授说，他也是普渡大学综合神经科学研究所（Purdue Institute for Integrative Neuroscience）的成员，“丙烯醛有时间依赖性，它在那里的时间越长，引起的 Aβ42 聚集就越多。在这里，我们表明，如果用这种药物降低丙烯醛，就可以降低炎症和 Aβ42 聚集。”

该设备由普渡大学瘫痪研究中心（Purdue Center for Paralysis Research）定制，使用钟摆将特定的重力传递到一个小室里，小室容纳了由营养床支持的25 万个神经元。嵌入在小室中的微电子阵列测量神经元的电活动，这将维持功能性放电模式数周，而清晰的观察口允许对神经元进行显微观察。研究人员每隔一段时间就从小室中取出一簇神经元，进行特定的生化测量。

Shi 教授说：“我们在这里做了一些独特的事情，但其中最大的一点是，你可以在不损坏芯片的情况下撞击它，所以你可以对一个活体模型产生影响，并继续研究它。”

Shi 教授在研究生院就开始研究这个设备，在数十年的时间里融入了一些功能，使研究最初打击的后果成为可能。2022 年发表在《科学报告》（Scientific Reports）上的一篇论文[2]使用该设备展示了撞击后丙烯醛的激增，Shi 教授说，最近的发现暗示了该模型的力量。

之前的研究于2022年7月12日发表在《Scientific Reports》（最新影响因子：4.6）杂志上

“多亏了这个设备，人们应该知道，当你脑震荡时，你不会有 10 年的时间才会看到损伤，” Shi 教授说，“时间紧迫，我们需要迅速采取行动。”

在撞击后的 24 小时内，结果显示神经元簇中的丙烯醛水平升高，错误折叠的 Aβ42 的产生增加了 350%。Shi 教授说丙烯醛通过与有助于结构稳定的蛋白质部分结合而使正常的 Aβ42 变形。事实上，当研究小组进行了一个简单的实验，将大量丙烯醛与悬浮在液体中的正常纯化 Aβ42 结合在一起时，他们发现错误折叠的 Aβ42 水平升高。正确折叠的蛋白质非常脆弱，即使在正常纯化的Aβ42液体中（不含丙烯醛）受到冲击也足以引起错误折叠。

“这种淀粉样蛋白病理在几小时内就开始了，也许是立即开始的。这是从未听说过的。这就像攻击房屋墙壁上的承重柱。如果你弄断了那个柱子，房子当然会塌下来。”

创立于1869年的普渡大学

参考文献

Source：Purdue University

A “mini-brain” traces the link between concussion and Alzheimer’s disease

References：

[1].Edmond A. Rogers, Timothy Beauclair, Jhon Martinez, Shatha J. Mufti, David Kim, Siyuan Sun, Rachel L. Stingel, Alexandra M. Dieterly, Nikita Krishnan, Jennifer Crodian, Riyi Shi. The contribution of initial concussive forces and resulting acrolein surge to β-amyloid accumulation and functional alterations in neuronal networks using a TBI-on-a-chip model. Lab on a Chip, 2023; 23 (15): 3388 DOI: 10.1039/D3LC00248A

[2]. Rogers, E.A., Beauclair, T., Thyen, A. et al. Utilizing novel TBI-on-a-chip device to link physical impacts to neurodegeneration and decipher primary and secondary injury mechanisms. Sci Rep 12, 11838 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14937-w

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原文标题:一个“迷你大脑”追踪了脑震荡和阿尔茨海默病之间的联系