低氧水平是早产婴儿脑损伤的众所周知原因。但是低氧伤害人类大脑发育的机制尚不清楚。

现在，斯坦福大学医学院的研究人员已经确定了一组特定的脑细胞，这些脑细胞在早期发育中特别容易受到低氧暴露的伤害。这种损害与大脑异常，尤其是早产儿所见的脑灰质降低有关。研究人员还确定了一种可以预防该问题的化合物。研究结果于5月6日在线发表在《自然医学》上。

该研究的主要作者，医学博士助理教授安卡·帕斯卡(Anca Pasca，MD)表示：“在过去20年中，我们在保持极早产婴儿方面取得了很大进展，但其中70%至80%的神经发育结果不良。”医学院的儿科医师和斯坦福的Lucile Packard儿童医院的新生儿科医生。她说，缺氧性脑损伤被认为会导致某些早产儿发生神经系统疾病和精神疾病。

先前的研究表明，与足月妊娠后出生的孩子相比，在妊娠28周之前或至少早12周出生的孩子的大脑皮层较薄。大脑皮层是高度折叠的灰质层，占人类和其他灵长类动物大脑的很大一部分。它负责高级脑功能，包括认知，语音以及感觉和运动信息的处理。

新生儿科医生也早就认识到，早产儿的肺部发育不完全。婴儿的肺功能较差，控制婴儿呼吸的大脑中枢尚未完全成熟。这些因素增加了他们血氧下降和随后脑损伤的风险。

严重受影响的细胞

Pasca和她的同事发现，暴露在低氧环境中，大脑发育中的许多细胞都没有受到伤害。但是，脑室下区域(负责人类皮质生长的区域)的中间祖细胞受到严重影响。这些细胞最终会产生成熟的脑细胞，包括神经元。

精神病学和行为科学助理教授，医学资深作者Sergiu Pasca医学博士说：“大部分人的大脑发育，特别是在妊娠的中晚期，无法直接研究。”

这项发现之所以成为可能是因为Sergiu和Anca Pasca(他们已经结婚并各自在斯坦福大学经营着一个实验室)和他们的同事以前已经弄清楚了如何创建三维细胞培养物，以模仿发育中部分的结构和功能方面。人脑。他们称这些大脑球体或类器官。

Sergiu和Anca Pasca先前已发表研究表明，类似于大脑皮层的大脑球在大致相同的时间轴上发展出相同的总体组织，包括皮质的深层和浅层。塞尔吉·帕斯卡(Sergiu Pasca)说：“非常明显的是，这些细胞团如果提供正确的提示，将如何在培养皿中分化，组织和成熟。”

在这项新研究中，研究小组让大脑球体长大，直到它们在妊娠中期包含与人类脑组织相似的细胞群和基因表达标记。

研究人员将这些皮质球体暴露在低氧环境中48小时，然后恢复了氧气水平。他们检查了低氧阶段24和48小时以及氧水平恢复72小时后基因表达的变化。

正如预期的那样，科学家们发现已知对缺氧有反应的基因在24和48小时后基因表达发生了变化。

他们还看到了在脑室下区域表达的一组基因的变化，该区域富含祖细胞，可在妊娠中期和晚期产生神经元。进一步分析显示，这些祖细胞没有死亡。相反，它们比正常人更快地分化为神经元，这种变化可能导致成熟大脑中的神经元总数减少。负责的途径，称为未折叠的蛋白质反应，是一种应激反应途径，可将细胞从“生长”模式转变为“存活”模式。