施日益:奇思妙想解决神经学问题

【字体: 时间:2009年11月25日 来源:生物通

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  早年毕业于上海第二军医大的施日益(Riyi Shi,音译)1988年获得了北德克萨斯州大学(University of North Texas)硕士学位,之后又在普渡大学获得了博士学位,近期其研究小组在神经学交叉研究方面获得几项成果。

  

生物通报道:早年毕业于上海第二军医大的施日益(Riyi Shi,音译)1988年获得了北德克萨斯州大学(University of North Texas)硕士学位,之后又在普渡大学获得了博士学位,近期其研究小组在神经学交叉研究方面获得几项成果。

第一项成果发表于《朗缪尔》( Langmuir ) 杂志上,施日益博士和他的同事开发了一种创新技术,能够利用纺糖丝制造一个微型合成管的支架,该合成管可作为管道,以修复因意外事故而损伤的神经或是因疾病而遭到破坏的血管。这种支架可在受损神经两端发挥桥梁样的连接作用,以促进神经的再生。该方法也可用于修复因外伤或动脉粥样硬化和糖尿病等疾病造成的血管损伤。

具体办法是,工程师将谷物中的可降解的高分子材料涂在棉花糖丝上,之后将此棉花糖丝溶解于水中,只剩下一根根的聚合物空心管,其结构酷似纵横交错的神经的结构。这张由扫描电子显微镜拍摄的人造彩色图像表明黄色为棉花糖丝,蓝色为此聚合物涂层。

研究人员认为他们的支架能扮演受伤神经端和微型人造管之间的桥梁。这一技术还可用于修复由外伤和动脉粥样硬化与糖尿病等疾病导致的血管破损。研究人员目前正重点尝试将此技术应用于四肢上的末稍神经,因为脊髓中的神经再生更为复杂。目前,美国每年大约有80万周围神经损伤的病例,其中有5万例需要做手术治疗。而此棉花糖丝技术可望取代这种传统的手术治疗。这种手术治疗办法就是从大腿或身体其它部位切取好的神经来修复受损的神经。而美国研究人员开发了更好的神经替代品,避免切除神经的部位失去感觉功能。

另外施日益博士研究小组通过对豚鼠脊髓组织实验,发现实验性药物4-氨基-3甲基氢氧化物(4-aminopyridine-3-methyl hydroxide)能够恢复脊髓损伤造成的神经细胞轴突的功能损坏。这一成果发表在《Journal of Neurophysiology》杂志上。

实验中所采用的药物是4-氨基吡啶(4-aminopyridine)的衍生物,4-氨基吡啶最初用于控制多发性硬化症的症状。研究人员对豚鼠脊髓组织模拟通常情况下的压迫损伤,然后用4-氨基-3甲基氢氧化物治疗损伤的轴突。神经元的轴突的周围包围着髓鞘,具有绝缘作用,可以防止神经冲动向周围扩散,以保证传导的准确性。当脊髓发生损伤后,会破坏髓鞘的结构,从而使轴突上的传导神经冲动的“快速钾离子通道(fast potassium channels)”受损。

研究人员通过“膜片钳技术(patch clamp)”测量信号传导,发现4-氨基-3甲基氢氧化物是一种“钾离子通道阻滞剂”,能够防止因髓鞘破坏引起的神经冲动向周围扩散,从而加强受损伤的脊髓的神经传导。

原文摘要:

A novel potassium channel blocker, 4-AP-3-MeOH, inhibits fast potassium channels and restores axonal conduction in injured guinea pig spinal cord white matter


We have demonstrated that 4-AP-3-MeOH, a 4-aminopyridine derivative, significantly restores axonal conduction in stretched spinal cord white mater strips, and shows no preference in restoring large and small axons. This compound is10 times more potent when compared to 4-AP and other derivatives in restoring axonal conduction. Unlike 4-AP, 4-AP-3-MeOH can restore axonal conduction without changing axonal electrophysiological properties. In addition, we also have confirmed that 4-AP-3-MeOH is indeed an effective blocker of IA based on patch clamp studies using guinea pig dorsal root ganglia cells. Furthermore, we have also provided the critical evidence to confirm the unmasking of potassium channels following mechanical injury. Taken together, our data further support and implicates the role of potassium channels in conduction loss and its therapeutic value as an effective target for intervention to restore function in spinal cord trauma. Furthermore, due to its high potency and possible low side effect of impacting electrophysiological properties, 4-AP-3-MeOH is perhaps the optimal choice in reversing conduction block in spinal cord injury compared to other derivatives previously reported from this group.
 

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