神经元的发育通常由指导分子的分级分布来调节，当以浓度梯度或趋化性形式出现时，其可以吸引或排斥神经元迁移或神经突投射。但是，有关该过程的许多细节在很大程度上尚待探索。

香港城市大学(CityU)的一个研究小组通过开发一种新设备以精确而系统的方式解决了这一问题，并且最近在《自然通讯》杂志的一篇研究文章中发表了他们的发现。

趋化性是指生物体对化学刺激的响应。众所周知，诸如netrin或semaphorin(Sema)蛋白之类的指导分子的浓度梯度在胚胎神经发育中起关键作用。然而，分子梯度的物理轮廓(例如浓度轮廓的变化速率(梯度陡度))与神经元发育之间的相互作用到底如何一直是一个尚未解决的问题。造成这种情况的部分原因是缺乏能够概括人体外部脑组织重要特征的3D设备。以前的体外趋化分析通常为2D，低通量(这意味着需要多次手动重复实验以收集不同参数的数据)并且缺乏精细的梯度控制。

作为回应，城大团队开发了一个进行化学实验的新平台。他们开发了基于水凝胶的微流控平台，用于高通量3D趋化分析，并用于研究神经元对分子梯度陡度的敏感性，通过识别指导分子梯度分布的细微变化来阐明神经再生机制。

“我们的芯片尺寸仅为1 x 3 cm2，但装有数百个悬浮的微型水凝胶圆柱体，每个圆柱体都包含独特的梯度分布，以允许神经元细胞在与大脑内部极为相似的环境中进行3D生长，”城大生物医学工程系(BME)的教授主持了这项研究。

“该装置的主要优点是高通量，这意味着可以使用单个芯片并行测试大量分子梯度分布图，以生成大量数据，并且实验时间可以从数月缩短至48小时， ”他解释道。

通过使用新平台和严格的统计分析，该团队发现了各种指导分子在神经元发育的趋化性调节中的巨大多样性和复杂性。特别是，对于Sema3A，研究小组发现，两个信号传导途径，即STK11和GSK3，在协同依赖于神经突的排斥反应和神经元迁移的陡度依赖性趋化调节中有差异。

基于这些发现，研究小组进一步证明，指导分子Sema3A仅在受伤的大鼠大脑中以正确的梯度形式存在时才有助于促进皮质再生，这一点在《生物材料》杂志上的另一篇文章中已有报道。年。

“在发生脑损伤的情况下，神经系统难以再生，因此正确使用指导分子将有助于大脑恢复。在这一方面，我们的研究为新型治疗策略的发展提供了见识。”