神經系統(tǒng)會受到機械力的作用，這些力引導其發(fā)展、形成其形狀并作為感知身體內部生理或外部世界的線索。在發(fā)育過程中，通過拉伸應變的應用，它們的神經突在生長期間繼續(xù)伸長。
成熟的中樞神經系統(tǒng) (CNS) 被封閉在堅硬的骨骼結構中，無論是頭骨還是脊柱，都為其提供保護作用。相比之下，成熟的外周神經系統(tǒng) (PNS) 沒有被骨骼包裹，而是與內部器官和組織混合在一起，因此更容易受到機械信號的影響。
除了兩種神經系統(tǒng)之間的形態(tài)差異外，哺乳動物的中樞神經系統(tǒng)的再生能力有限，在嚴重損傷后會導致功能喪失。同時，PNS在損傷后仍保留其再生功能連接的能力。
有趣的是，有體外研究表明，當受到牽張力的作用時，培養(yǎng)的神經元會實現(xiàn)長距離伸長。因此，考慮到生長中的神經元對機械拉伸的初始反應和成年中樞神經系統(tǒng)再生能力的缺失，研究人員考慮機械線索的缺乏在中樞神經系統(tǒng)損傷無法再生后是否還會發(fā)揮作用。
因此，德國海德堡大學醫(yī)院脊髓損傷中心實驗室、德國圖賓根大學神經再生與修復實驗室的專家學者進行了深入研究。該團隊開發(fā)了一種新的外植體神經-背根神經節(jié)（DRG）模型。通過這個模型，研究PNS的機械靈活性是否有助于其再生潛能，以及如果將其應用于CNS定位神經，是否能在伸展后增強成人感覺神經元的生長。此外，通過使用定制的生物反應器，比較了周圍神經和中樞神經對牽張拉力的反應差異。
對于 DRG 神經外植體的機械拉伸，研究人員在內部建造了一個生物反應器。
（A）控制器連接到 GalilTools 軟件和振蕩器（D、E）。（B）培養(yǎng)箱保持恒定的培養(yǎng)條件。（C）氣體混合器分析培養(yǎng)箱的空氣成分，5% 的CO2。（E）振蕩器連接到控制器（A）和孵化器內的生物反應器 ( F )。（F）生物反應器。兩塊金屬板（a和b ) 建立在金屬導軌上，聚醚醚酮 (PEEK) 棒通過螺釘固定在它們上，并保存在裝有培養(yǎng)基的金屬船中。金屬板 b 連接到振蕩器，來回移動，而另一個板固定在舞臺和金屬導軌上。為了研究機械應變是否可以增強體外軸突生長，將坐骨神經-L4/L5 DRG 或中樞神經-L4/L5 DRG 外植體進行3小時的機械負荷，幅度為 10%（圖2），頻率為0.5 Hz 。令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)機械刺激連接到各自DRG的中樞神經可以增強DRG的神經突生長。盡管被視為一種趨勢，但對坐骨神經應用牽張力并未顯著增強整個神經突的生長。應該提到的是，無論是否接受拉伸，DRG -坐骨神經外植體的培養(yǎng)中存活的神經元比 DRG-中樞神經外植體多，這可能是由于對周圍神經-DRG 外植體進行了優(yōu)化。
重要的是，發(fā)現(xiàn)20% 的機械拉伸對DRG-神經外植體并沒有像10%的機械拉伸對PNS或CNS拉伸的DRG那樣產生有益的再生效果。值得注意的是，20% 的 PNS-DRG 外植體在統(tǒng)計學上顯著減少了大直徑神經元的軸突生長。
此外，實驗發(fā)現(xiàn)，與 20% 的拉伸不同，10% 的拉伸不會顯著改變受限神經的細胞結構。
由于極度拉伸神經會引起疼痛，因此檢查了更高幅度的拉伸 (20%) 是否會誘導傷害性神經元的生長。圖5C 顯示沒有觀察到變化。因此可以消除響應機械刺激的傷害性神經元，并得出結論，10% 0.5 Hz 機械拉伸方法會影響更大直徑的神經元，包括本體感受和機械敏感神經元。
這項工作是為了專門解決如果將循環(huán)拉伸直接應用于神經，特別是在缺乏這種輸入的神經中，是否會導致神經突生長增強。該團隊已經證明它確實存在并且在特定的細胞亞群（機械感受器和本體感受器）中具有 10% 的 0.5 Hz 的拉伸，但沒有更大的振幅或更低的頻率。盡管確定了軸突循環(huán)拉伸生長 (ATF3) 的潛在機制，但未來更好地理解軸突伸展生長途徑可能會為神經再生科學的干預開辟新的途徑。
參考文獻：Kampanis V, Tolou-Dabbaghian B, Zhou L, Roth W, Puttagunta R. Cyclic Stretch of Either PNS or CNS Located Nerves Can Stimulate Neurite Outgrowth. Cells. 2020 Dec 28;10(1):32. doi: 10.3390/cells10010032. PMID: 33379276; PMCID: PMC7824691.小編旨在分享、學習、交流生物科學等領域的研究進展。如有侵權或引文不當請聯(lián)系小編修正。
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