細胞的電活性對發育中的大腦起到塑造作用

少量的電流對塑造發育中的大腦大有幫助。科學家們在3月11日發表于《神經科學雜志》報告中聲稱，穿越細胞膜的電荷可以指導大腦在許多方面的發展。控制這些電荷將有可能最終使得科學家對大腦的先天缺陷進行修復，或者培養出新的組織。

研究人員正在對發育中的非洲爪蛙進行研究。他們對爪蛙細胞膜中的電壓進行了修復，發現電荷在決定大腦體積方面起到重要的作用，并且還決定了發育中的細胞最終會形成何種組織。改變電壓，也被稱為改變膜電位，甚至可以修復有損大腦的先天缺陷。

“最新的研究指明了膜電位的重要性，以及它在生物發育中起到的作用。”來自于德國馬克斯·普朗克進化生物學協會的進化生物學家Simon Perathoner說道。

所有的細胞在它們的細胞膜內都具有電活性。“細胞使用這種電活性進行溝通以形成有關生長的決定。”來自美國馬薩諸塞州圖夫茲大學的進化生物學家，也是此項研究的合著者Michael Levin說道。 “我們除了首次發表我們的研究成果，我們還展示出這些生物電信號會被用來決定大腦自身的大小及生長位置。”例如，改變電壓能夠使得大腦組織在蝌蚪胚胎的尾部生長。

Levin相他的同事們對發育中的胚胎進行了染色，這些色彩會根據細胞膜中的電荷變化，較少的或者強烈的顯示出來。之后，研究人員對通過誘發微結構成長而控制細胞生長或關閉的基因進行了觀測，這些微結構被稱為細胞膜中的離子通道。

“我們按需將離子通道置入細胞，令電壓產生高低變化。”Levin說道：“我們能夠令大腦細胞按我們的意愿長得更大或更小，由此可以顯示出電壓可以控制大腦的體積。”

改變細胞膜的電壓也可令青蛙胚胎中的大腦組織生長在大腦區域之外。“它改變了其他細胞類型的命運，使它們成為了腦組織。”Levin說道。

身體其他部分的腦組織提供的證據顯示出，細胞可根據生物電線索決定它們將會長成的組織類型，并且這些線索可促進新的腦組織發育。

“再生醫學將可利用細胞對生物電的依賴培育新的組織，從而將那些缺損的或者被破壞的器官替換掉”，Levin說道。

研究團隊同時糾正了青蛙胚胎中一個基因突變導致的錯誤的腦電壓，這個基因突變會令大腦的大部分產生畸形或缺失。當研究人員將大腦細胞膜中的電壓恢復，胚胎便發育出幾乎正常的大腦。

許多可調整離子通道藥品已經研發出來，Levin說道。研究團隊采用生物電成功修復基因缺陷表明，離子通道藥物將有可能治療天生缺陷性或著退化性的腦疾病。