科学家为大脑和脊髓细胞设计基因递送系统

研究团队已经创建了一套多功能的基因递送系统，可以以极高的精度到达人脑和脊髓中的不同神经细胞类型。这些递送系统是朝着未来精确的大脑基因治疗迈出的重要一步，可以安全、高精度地控制错误的大脑活动。相比之下，目前治疗脑部疾病的方法大多只治疗症状。

新的递送系统将遗传物质携带到大脑和脊髓中，供特定细胞类型靶向使用。这个平台有可能改变科学家研究神经回路的方式。它为研究人员提供了用于研究的各种物种的基因递送系统，而不需要转基因或转基因动物。例子包括用荧光蛋白照亮脑细胞的精细结构，激活或沉默控制行为和认知的电路。

“将这个新平台想象成一辆送货卡车，在大脑和脊髓的特定细胞区运送专门的基因包，”美国国立卫生研究院通过推进创新神经技术倡议或brain倡议进行大脑研究的主任John Ngai说。“有了这些递送系统，我们现在可以访问和操纵大脑和脊髓中的特定细胞——以前在这种规模上是不可能的。”

新的递送工具使用一种小型、剥离的腺相关病毒（AAV）将DNA递送到靶细胞，可以广泛应用于许多物种和实验系统，包括在人脑手术中取出的小型组织样本。这些输送系统已经在完整的生命系统中进行了测试或验证，这是引入新工具以广泛使用的重要一步。新发布的工具包包括：

数十种选择性靶向关键脑细胞类型的递送系统，包括兴奋性神经元、抑制性中间神经元、纹状体和皮质亚型、脑血管细胞以及脊髓中难以到达的神经元，这些神经元控制身体运动，并在几种神经系统疾病中受损，如肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓性肌萎缩症。由人工智能（AI）驱动的计算机程序可以识别遗传“光开关”，即增强子，利用来自许多不同物种的数据在特定脑细胞类型中开启基因，从而为寻找这些基因开关的科学家节省了大量时间和精力。

总的来说，这一系列研究工具将大大加快我们对人脑的理解。重要的是，该工具包能够访问前额叶皮层中的特定脑细胞类型，这是一个对决策和独特人类特征至关重要的区域。

借助该系列中的其他工具，科学家们可以更好地研究已知在几种神经系统疾病中受影响的单个细胞和通信途径。这些疾病包括癫痫发作、ALS、帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿氏病，以及各种神经精神疾病。

基于AAV的治疗方法已经被批准用于某些疾病，例如脊髓性肌萎缩症，2016年批准的一种名为Zolgensma的基因疗法改变了曾经面临严重残疾或早逝的婴幼儿的生活。新收集的基因递送资源为更精确的治疗奠定了基础，这些治疗仅针对大脑、脊髓或脑血管中的受影响细胞。

该工具包可在包括全球基因研究工具供应商Addgene在内的配送中心获得。本出版物集为研究人员提供了这些工具的标准操作程序和用户指南。

这个大型项目汇集了分子生物学、神经科学和人工智能（AI）领域的专家。该倡议产生的论文发表在Neuron、Cell、Cell Reports、Cell Genomics和Cell Reports Methods等期刊上。p