蒂姆·奥谢的实验室正在寻找修复神经创伤的途径
作者：Danny Giancioppo
虽然 蒂姆·奥谢助理教授（BME， MSE）一直对STEM感兴趣，直到高中三年级，他的兴趣才演变成个人使命。
我在澳大利亚的布里斯班长大，该州有大量的采矿和机械工程机会，使其成为一个充满活力的工程社区。然而，当他最好的朋友在打橄榄球时脊髓受伤时，奥谢知道他想澳门威尼斯人注册网站研究中枢神经系统（CNS），以改进康复和修复的方法。
“他住院了将近一年，”奥谢回忆说。他会在康复过程中与他的朋友一起工作，并且在很小的时候就面临着脊髓损伤的残酷现实。“后来，我和我上大学的一位教授有了一次偶然的交流，他告诉我医学工程和开发外骨骼和各种假肢的想法，帮助人们重新行走。”从那时起，他的任务就很简单了：奥谢要去上大学，攻读医学工程学位，寻求帮助像他最好的朋友一样遭受各种神经创伤的人。
在他读本科期间，O 'Shea被介绍到生物医学工程中细胞分子操作的广泛能力。他曾经试图帮助治疗脊髓损伤，现在他发现有一些澳门威尼斯人注册网站研究方法开始开辟一条通往组织再生和最终恢复脊髓功能的道路。这让奥谢来到美国攻读博士学位，从那以后，他一直在波士顿大学继续他的澳门威尼斯人注册网站研究——在过去的几年里。
在奥谢实验室，澳门威尼斯人注册网站研究人员通过生物医学工程和澳门威尼斯人注册网站研究推进了脊髓修复的机会。“不仅仅是脊髓损伤，”奥谢补充说，还有其他神经损伤。“我们主要通过对神经胶质细胞的澳门威尼斯人注册网站研究来澳门威尼斯人注册网站研究中风以及帕金森病等神经退行性疾病。”
胶质字面上的意思是“胶水”，它是一个恰当的名称，用于描述这种细胞类型在神经组织功能中的作用。胶质细胞通常被分为星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞，它们曾经被认为仅仅是中枢神经系统的机械完整性的一部分，允许主要功能细胞神经元指导运动和感觉。但这是一种过于简单化的理解。
“（神经胶质）对于调节神经回路功能和确保大脑和脊髓保持健康至关重要，”奥谢解释说。“没有神经胶质就不可能有大脑或脊髓组织。”奥谢接着说，没有神经胶质细胞，神经元要么注定要死亡，要么在它们的作用范围内功能失效。“它们对维持神经回路的活力至关重要，但它们不仅如此，它们本质上还是中枢神经系统外部世界的守门人。”
神经胶质细胞负责调节可能进入中枢神经系统的其他细胞和分子，并将中枢神经系统与其他细胞和组织分开。通过这种方式，O’shea认为它们是大脑中最完整的细胞类型之一——而且这是在健康的环境下。当涉及到干扰，如脑外伤或神经退行性疾病，他们是首屈一指的。神经胶质细胞会对这些扰动做出反应，通过适应来调节大脑的修复和功能，比神经元更有效。这就是为什么在O’shea实验室，他们主要关注神经胶质细胞——这是一种适合于整个神经光子学中心和整个大学的融合项目的澳门威尼斯人注册网站研究形式，他们将其分为三类工作。
奥谢说：“我们的工作主要有三个方面。“中枢神经系统损伤，神经界面和神经胶质药物传递”
“我们有一些项目专注于开发更好地提供与神经退行性疾病相关的治疗方法，比如帕金森病和阿尔茨海默病。显然，我们在中枢神经系统损伤方面的澳门威尼斯人注册网站研究与中风、脊髓损伤、创伤性脑损伤有关。然后是神经接口的工作——越来越多的人对把电极植入大脑感兴趣，而没有真正考虑到长期对人们大脑健康的影响。如果我们能找到更好的方法与中枢神经系统连接，我们就能开发出更安全的电极。所有这些都对进一步发展潜在的临床治疗非常重要。”
在他们的中枢神经系统损伤工作中，澳门威尼斯人注册网站研究倾向于调节内源性胶质细胞的功能来修复伤口——使用材料系统来操纵伤口反应的关键特征，如代谢或增殖程序——以增强新生儿样的恢复。
“在非常年轻的动物身上，它们有这种‘超级’神经胶质细胞，能够更有效地产生伤口反应。因此，在非常年轻的哺乳动物中，某些中枢神经系统损伤会自然再生[…]我们在出生后的最初几周失去了这种能力，我们转而依靠纤维化伤口愈合。”因此，实验室的大部分努力旨在复制新生儿伤口修复反应，同时阻碍效果较差的成人伤口反应。
“这是内源性细胞——已经存在于大脑和脊髓中的细胞，”奥谢继续说。“中枢神经系统损伤澳门威尼斯人注册网站研究的另一个方面是移植。我们如何使用外源性细胞来修复伤口？我们将细胞移植成神经胶质细胞，并开发出提高其存活率和功能的方法，以便在中枢神经系统损伤的情况下更好地修复伤口。”
一个活跃的例子涉及类器官澳门威尼斯人注册网站研究，这是波士顿大学目前正在进行的最广泛的交叉融合澳门威尼斯人注册网站研究项目之一。类器官字面上是“微型器官”，通过各种神经发育或退行性疾病，将更小、更健康的细胞放置在相应受损的器官上，比如大脑。当适当调节时，这些微型细胞显示出与受损器官重新融合的迹象，为其提供新的功能细胞，在最好的情况下，这些细胞可以导致器官修复和功能更新。
“类器官项目很有趣，”奥谢说。“我们基本上是使用这些材料薄膜，我们可以装载分子调节剂。我们可以将它们放置在大脑表面，或植入的类器官的顶部，以提供指导类器官模式的发育形态原。”类器官移植的一个一贯问题是新细胞的无目的发育过程。在没有指导的情况下，可能会出现异质细胞团，有时会导致肿瘤生长。因此，材料薄膜的使用是一种“工程方法”，取代了在发育过程中发生的发育形态梯度。
具有讽刺意味的是，这只是最初的物质目标的副产品。“我们试图使用[材料薄膜]来调节设备周围的异物反应，”奥谢说。这种材料不仅是一种薄膜，而且是一种覆盖在植入中枢神经系统的电极和设备的可感知界面周围的涂层。
这一偶然的结果导致了波士顿大学校园内与其他澳门威尼斯人注册网站研究人员进行类器官澳门威尼斯人注册网站研究的多次合作，但这并不是唯一一个促进融合的领域。像许多神经光子学中心的实验室一样，奥谢的团队本质上是一个跨学科的科学家集合，有几个多方面的项目。这导致了与Boas实验室的合作，他们在中风中调节神经胶质功能的澳门威尼斯人注册网站研究，以及与Economo实验室的植入设备项目，后者开发了用于神经元成像的微棱镜模型，并将他们的材料集成到棱镜上，使其具有光学透明度，用于成像目的。
奥谢解释说：“我们认为自己是一个制造新材料工具来进行有趣的生物学澳门威尼斯人注册网站研究的团队。”“我们带来了在互补领域（主要是光学工具）拥有专业知识的（澳门威尼斯人注册网站），以便能够提升我们所能做的澳门威尼斯人注册网站研究。”
同样的规则也适用于他的学生，无论是新生还是归国学生：首先创新，然后广泛应用。对奥谢来说，多样化的专业知识决定了一个成功的实验室空间。“我们不只是让学生纯粹制作新材料，尽管这是人们项目的一个方面。”O 'Shea解释说，“那些制造材料的人也在体外细胞培养模型和体内动物模型中澳门威尼斯人注册网站研究他们的材料，”一些学生还具备光学元素的补充——活体成像。
O’shea实验室从事的许多项目都得到了美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院、脊髓损伤澳门威尼斯人注册网站研究基金会（如Craig H . Neilsen、Byron Riesch、美国瘫痪退伍军人协会和生命之翼）以及神经光子学中心的大力支持。目前，三项R21拨款和一项R35 MIRA，都来自NIH，为O 'Shea实验室继续其高水平的澳门威尼斯人注册网站研究提供了必要的资金和资源。在当前的政治环境下，奥谢认为，感谢美国纳税人和联邦政府澳门威尼斯人注册的帮助，使如此重要的工作得以实现，尤为重要。“这种支持对完成这项工作至关重要。它不会在真空中发生。没有这样的支持，我们无法开展工作。”
奥谢补充说，这些机构的支持不仅有助于资助澳门威尼斯人注册网站研究。这也有助于改进澳门威尼斯人注册网站研究本身。他说：“很多赠款在第一次发放时都无法获得。因此，通过同行评议和学习部分的过程——这有助于巩固想法，专注于想法，完善想法，从而真正专注于最重要的事情。这些项目正在解决一个非常重要的问题，解决一个非常重要的需求。”