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Cell Rep:恶性胶质瘤如何影响大脑功能
[ 来源:   发布日期:2020-04-17 16:22:31  责任编辑:  浏览次 ]

对于脑瘤患者来说,第一个麻烦往往是癫痫病发作。长期以来,这种疾病一直被认为是肿瘤的副作用。但现在,由哥伦比亚大学工程师和癌症研究人员组成的联合团队发现:有证据表明,肿瘤增大引起的癫痫发作可能会刺激其变得更加致命。


在最近发表在《Cell Reports》杂志上发表的一项研究中,编辑利用一种新型小鼠脑成像技术揭示了两者之间的相互作用。该技术可以追踪肿瘤在脑内生长时大脑活动和血流的实时变化。研究确定了诊断和治疗胶质瘤的潜在新靶点。 



"随着胶质瘤在脑内扩散,它们逐渐浸润到周围的大脑区域,改变了血管和神经元和其他脑细胞之间的相互作用,"哥伦比亚大学病理学和细胞生物学教授、该论文的共同第一编辑Peter Canoll博士说。"神经肿瘤学家们通常专注于开发选择性地杀死胶质瘤细胞的方法,但大家有兴趣了解浸润性胶质瘤细胞如何改变大脑功能。大家相信,这种方法可以为脑瘤带来新的治疗方法。"


与此同时,哥伦比亚大学工程与应用科学学院生物医学工程系教授伊丽莎白-希尔曼博士开发出了一种新型的方法,用于实时成像小鼠大脑中的神经活动和血流动态的实时成像。希尔曼博士和她的实验室使用该系统研究了大脑中的神经元活动如何驱动血流的局部变化,这一过程被称为神经血管耦合。


希尔曼博士和卡诺尔博士意识到,将希尔曼博士的成像平台与卡诺尔博士在小鼠大脑中生成肿瘤的方法结合起来,可以让他们探索肿瘤生长过程中大脑活动如何受到影响。


"大家使用新开发的成像手段对小鼠的大脑进行了多周的成像,每隔几天就对小鼠的大脑进行一次成像,观察肿瘤是如何生长和侵入不同区域的,"希尔曼博士说:"大家将小鼠的神经元标记了一种绿色荧光钙指示剂,当神经元更加活跃时,这种荧光钙指示剂就会变亮,从而让大家能够检测到肿瘤的入侵如何影响神经元的正常活动以及血管的扩张和收缩。"


研究小组首先发现,迁移的胶质瘤细胞使神经元的活动和血流的变化失去同步性,而这些变化通常会在大脑的两侧一起波动。他们还发现,肿瘤影响了神经血管耦合,使血管不太可能在神经元发射时扩张并提供新鲜血液。


"在大家的图像中,大家看到了一些神经元活动的闪烁,伴随着血流的巨大变化,"希尔曼博士说。"当大家更仔细地观察时,大家发现这些闪烁会随着肿瘤的生长而变得越来越频繁。"


"大家意识到,随着肿瘤在小鼠大脑中的进展,大家将看到许多癫痫发作的电生理现象,最终进展为全面性癫痫发作,类似于胶质瘤患者经常经历的全身性癫痫发作,"Canoll博士说。"大家注意到,这些癫痫发作在肿瘤的边缘最突出,即肿瘤细胞生长到周围健康的大脑中,并与周围健康的大脑相互交融时。"


在这些全身性发作期间,成像结果还发现,肿瘤内的血氧水平急剧下降。这一发现令人惊讶,也令人担忧,因为肿瘤细胞在低氧环境中能够茁壮成长。


"当脑组织变得缺氧时,脑细胞会分泌蛋白质,这些蛋白质实际上可能会刺激肿瘤的生长、迁移、增殖和进展。"Canoll博士说。"大家认为,肿瘤中的神经血管耦合的改变导致了肿瘤发作时的缺氧,可能会造成肿瘤生长、发作、缺氧和肿瘤进一步生长的恶性循环。"
 

该团队的研究结果指出了一些有前景的靶点,以破坏胶质瘤对大脑的恶性侵袭。"为了打破肿瘤生长的这种循环,大家可以以减少发作为目标。大家或许可以利用新型成像系统来确定哪种类型的药物对抑制这些类型的发作最有效,同时不干扰癌症治疗,"Canoll博士说。"大家还将观察患者可能难以感知的小发作事件是否可能是肿瘤发展或再生的早期预警信号。"


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