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瑞沃德对话神经科学顶刊一作西湖大学张冬冬博士

浏览次数:1440 发布日期:2024-2-26  来源:本站 本站原创,转载请注明出处

这是一档关注“生命科学行业变化”的专题栏目。我们将从合作伙伴入手,每一期研究和解读一家科研机构或科研课题组、实验室的背后故事、相关方法论、使用的工具等等,帮助科研从业者获得启发和思考。

不久前,西湖大学贾洁敏团队在Nature Neuroscience期刊上发表题为Synaptic-like transmission between neural axons and arteriolar smooth muscle cells drives cerebral neurovascular coupling的研究论文,该研究证实单个谷氨酸能神经元轴突通过神经-小动脉平滑肌细胞(arteriolar smooth muscle cells, aSMCs)连接之间的突触样传递来扩张其支配的小动脉。这一发现揭示了神经元与脑血管直接对话的一座“新桥梁”,也为理解脑血流的快速和精准调控提供了一个全新的认知。
 

本期【沃的研究所】,我们将对话文章的第一作者张冬冬博士,一起了解神经血管耦合的机制。

冲破历史研究,
为脑血流调节机制提供全新认知

血液供应为大脑中的神经计算提供能量,计算活动的波动会在数秒内引起局部脑血流(cerebral blood flow, CBF) 的相应变化,这一现象称为神经血管耦合(Neurovascular coupling, NVC)。NVC功能受损,可导致脑微循环缺血缺氧,影响局部神经信号传导,引起并加重脑小血管疾病,甚至造成认知功能障碍、痴呆等。

由于大脑的代谢神经元活化是需要能量的,且本身不能储存能量,所以这些能量主要来源于血液供给。张冬冬博士说道,“既然血液供给对于大脑活动如此重要,那么神经元活化后是如何将信息传递给血流的?”这成为了研究团队进行实验探索的出发点。

事实上,虽然神经元活化对血流的调控机制已经有130多年的研究历史,但是对相关机制的探索研究目前仍处于探索阶段。“神经元活化如何去调节脑血流?这个过程中传递了哪些信息?什么时候来传递这个信息?是否还存在已知调节机制之外的其他未知机制来调节血流呢?”张冬冬博士在谈及实验初衷时提到,“对于神经血管耦合,我们能做的还有很多。”

采用先进设备,用时间沉淀成果

为了探究大脑神经元活化调节血流的结构基础,研究团队利用了大体积三维扫描电镜和光电联合技术,通过三维扫描电镜成像,解析出整个动脉以及动脉周围脑组织其他细胞之间空间上的关联。

科学探索,路漫漫而长远。


张冬冬博士从2017年便开始了该项实验研究,历经6年时间才有了今天的成果。“结构决定功能”,而在对动脉与周围血管组织、细胞间的结构探讨这一过程中,他不禁感慨:“我们采集了近30个T的电镜数据,并且还要再继续分析重构脑组织、细胞超微结构以及血管结构。仅在这个过程,前前后后就花费了两三年的时间,工作量特别大。”

在该项实验中,终足对于穿支动脉的包裹率,是全世界首次进行解析。张冬冬博士介绍道,通过三维电镜扫描,他们发现星形胶质细胞终足对穿支动脉的包裹率并不是100%,反而存在“漏洞”。血管周围神经元轴突的子突触前会穿过这些漏洞,直接与动脉血管形成物理连接。这一结构为神经元与血管之间的对话提供了一座前所未见的“新桥梁”。

在功能基础验证过程中,研究团队用到了瑞沃德激光散斑血流成像系统,张冬冬博士表示,通过使用该仪器,能够大范围看脑血流的变化,从而发现了神经元轴突末端跟动脉循环细胞之间形成的连接,可以调节血流以及调节动脉的舒张。


研究团队用到瑞沃德激光散斑血流成像系统来监测血流变化


“非常感谢瑞沃德激光散斑血流成像系统,这成为了我们实验过程中探究生理功能上脑血流变化的一个非常重要的仪器,帮助到我们很多”。

除此之外,在研究团队的实验室中还能见到不少瑞沃德其他产品的身影,比如手术器械、脑立体定位仪、移动式呼吸麻醉等。“这些产品用下来感觉都很好”,张冬冬博士再一次对瑞沃德产品给予了认可,并对其中一些产品的优化方向也提出了宝贵建议。


西湖大学实验室瑞沃德散斑


不惧失败,讲究方法,
科研是人生的一种选择

2017年,那时的西湖大学叫做浙江西湖高等研究院,张冬冬博士是当时的第一批博士研究生。而在这之前,他在硕士时期的研究方向是中风,这和当时西湖大学生科院里五位PI中贾老师的研究方向最匹配,考虑到将来的研究方向和个人发展,他顺利地加入了贾老师课题组。

“当时加入,贾老师并没有要求我要待几年,而是和我强调博士期间你有了什么样的科学发现,你能解决什么科学问题,你能给领域甚至是社会带来什么价值,这些才是最重要的。”

张冬冬博士深受贾老师启蒙。“所以,就这样,我成为了贾老师的第一个学生。”


该研究成果第一作者2017级博士研究生张冬冬(左)与导师贾洁敏(右)合影(摄于2017年)


科研需要投入大量时间、经历去进行一些重复性的工作热情,需要保持足够的兴趣,高度的专注,才能有所收获。张冬冬博士内心也早已明确自己选择科研,坚持读博是为了享受科学探究带来的快乐。“原本博士三年我就可以发一篇文章然后顺利毕业,但我依然选择坚持做到5年,至今7年。正如贾老师当时所言,相比博士毕业,博士期间研究的课题有什么样的意义才更重要。”

说来,还是内在驱动力,让张冬冬博士自始至终都坚定信念,对科研路上的困难和挑战甘之如饴。

“从事科研,首先你要问自己为什么要做科研,是否对它感兴趣。”张冬冬博士并不屈于日复一日重复枯燥的实验与工作,而探索未知,满足好奇心正是他觉得科研充满乐趣所在。“其次,科学实验必定存在着失败,你抱着什么样的心态面对失败这很重要,一定要有一种在失败中站起来的勇气。”科研路上,勇于面对失败,才能走向真正的成功。

由于张冬冬博士是贾老师的第一个学生,加上那时的西湖大学很多平台都还没有建立起来,所以大部分实验都是他自己在进行探索。提及当时一些陌生的实验手段和技术,他也非常感谢专业人员给予的帮助。“遇到困难时,很重要的一点,就是一定要学会向一些领域内的专家虚心请教。即便你是从零开始,也会更有利于你去解决一些问题。”对于如何克服实验过程中的失败与困难,张冬冬博士也和我们分享着他自己的经验。

经过时间的沉淀和个人的努力付出,张冬冬博士在自己的研究领域下也有了不少收获,对于从事科研有着自己的见解。当被问及目前血管神经耦合领域比较有潜力的研究方向,他继续和我们分享。

神经血管耦合机制有着漫长的130多年的研究历史,在这期间,大家一直在问同一个问题——神经元是如何调节神经血管耦合的机制。“但更深层次之下,神经元耦合除了调节能量的代谢之外,它是否具备调节一些其他生理行为的功能?这是一个非常有意思的研究方向。”“神经元活化可以调节血流,那么反之,血流的改变是否可以调节神经元的一些功能呢?这也是贾老师课题组关注的另一个有意思的方向。”

科研之路,道阻且长,唯行则将至。期待张冬冬博士在自己专注的领域继续发光发热,为行业乃至社会带来更大的价值。

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E-mail:rwd@rwdls.com


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