东北大学的科学家们发现，人脑中的一种蛋白质可能被用于在实验室中培育新的神经元，并增强受衰老或神经退行性疾病影响的大脑功能。
研究人员发现，负责结合人脑中神经干细胞的蛋白质——神经钙黏蛋白（Neuro-cadherin），在刺激这些细胞分化的过程中也起着关键作用。
神经干细胞是早期未分化的细胞，具有分化为各种类型神经元和中枢神经系统非神经元细胞的能力。在成人大脑中，这些细胞主要存在于两个区域：侧脑室周围的薄层细胞层——即侧脑室下区，以及海马体中的一个小区域——颗粒下区。海马体是大脑中对学习和记忆至关重要的部分。
“随着年龄的增长，神经干细胞的反应与年轻时不同，”东北大学化学与生物工程教授丽贝卡·昆茨·威尔茨（Rebecca Kuntz Willits）说。“它们的数量总体上减少了，而且它们不一定容易分化。”
威尔茨和博士生麦凯·卡瓦纳（McKay Cavanaugh）研究了神经钙黏蛋白，这是一种位于细胞表面、帮助神经干细胞粘附在一起并进行通信的蛋白质，以了解它如何影响这些细胞。
“我们正在寻找环境如何影响这些干细胞的方法，如果细胞通过这些分子（N-钙黏蛋白）相互作用，我们如何机械地测量它。”威尔茨解释说。
具体来说，他们想看看与N-钙黏蛋白相互作用的神经干细胞是否会引发机械转导活动——即当机械刺激引起生物化学反应，从而调节各种细胞功能和行为，包括分化。
威尔茨解释说，这一发现未来可能应用于控制实验室中的神经干细胞分化，以加速神经元生长，或者开发可以直接影响大脑衰老过程或对抗神经退行性疾病的注射材料。
科学家们创建了涂有不同数量实验室制造的天然N-钙黏蛋白的玻璃表面。然后，他们在这些玻璃基底上培养诱导多能干细胞（iPSCs）衍生的神经干细胞。
科学家们观察了细胞粘附、细胞形状、大小和结构的变化、细胞增殖（即细胞分裂）以及细胞机械转导活动。
实验表明，神经干细胞仅在N-钙黏蛋白表面上粘附并存活。这些细胞没有与另一种钙黏蛋白——上皮钙黏蛋白（E-钙黏蛋白）结合，后者通常也在侧脑室下区找到。
科学家们注意到，神经干细胞与含有更高浓度N-钙黏蛋白分子的基底有更多的相互作用。随着N-钙黏蛋白浓度的增加，细胞形态发生了显著变化——细胞及其核都变大了。
“你可以看到细胞内的结构，即细胞骨架，发生了改变，这使得细胞看起来不同，”威尔茨说。“细胞骨架更强，相互作用点也更强。”
神经干细胞发展出了由蛋白质丝组成的独特“环”结构——这是以前在单个神经干细胞中未曾见过的细胞骨架特征。
在没有任何其他化学信号的情况下，这些细胞在96小时内开始分化为神经元。
“通常，如果我们想制造神经元，我们会向细胞中添加许多化学物质来推动它们变成神经元，”威尔茨说。“但这次我们什么都没有做。”
实验的时间不够长，无法确定这些神经干细胞会变成哪种特定类型的神经元。
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