由美国国家卫生研究院（NIH）资助的研究团队创建了一套多功能基因递送系统，能够以卓越的精确度到达人类大脑和脊髓中的不同神经细胞类型。这些递送系统是未来精确基因治疗大脑的一个重要步骤，能够安全地以高精度控制错误的大脑活动。相比之下，目前针对大脑疾病的疗法主要只治疗症状。
新递送系统将遗传材料带入大脑和脊髓，以供特定细胞类型的目标使用。这种平台有潜力改变科学家研究神经电路的方式。它为研究人员提供了用于各种物种的基因递送系统，而无需使用转基因或基因修饰动物。示例包括使用荧光蛋白照亮大脑细胞的细微结构，以及激活或抑制控制行为和认知的电路。
“想象这个新平台如同一辆递送卡车，将专门的基因包裹投递到大脑和脊髓中特定细胞邻域，” NIH的脑研究通过先进创新神经技术项目的主任约翰·恩盖（John Ngai）说。“有了这些递送系统，我们现在可以访问和操作大脑和脊髓中的特定细胞——这种大规模的访问以前是不可行的。”
这些新递送工具使用一种小型、简化的腺病毒（AAV）将DNA递送到目标细胞，能够广泛应用于多种物种和实验系统，包括在人体大脑手术中移除的小组织样本。这些递送系统已经在完整的活体系统中进行了测试或验证，这是引入新工具以广泛使用的重要步骤。新发布的工具包包括：
– 数十种选择性靶向关键大脑细胞类型的递送系统，包括兴奋性神经元、抑制性中间神经元、纹状体和皮层亚型、脑血管细胞以及控制身体运动的难以到达的脊髓神经元，这些神经元在多种神经疾病中受到损害，例如肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓性肌萎缩症
– 利用人工智能（AI）驱动的计算机程序，可以识别控制特定大脑细胞类型基因开关的遗传“开关”，这些开关被称为增强子，利用来自多种物种的数据——为科学家寻找这些基因开关节省了相当多的时间和精力。
总体而言，这一研究工具的集合将显著加速对人类大脑的理解。重要的是，该工具包能够访问前额叶皮层中特定的大脑细胞类型，这是对决策和独特人类特征至关重要的区域。借助于集合中的其他工具，科学家可以更好地研究已知在多种神经疾病中受到影响的单个细胞和通信通路。这些疾病包括癫痫、ALS、帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿病，以及各种神经精神病状况。
基于AAV的治疗已经获得某些疾病的批准，例如，2016年批准的名为Zolgensma的基因疗法改变了曾面临严重残疾或早期死亡的婴儿和幼儿的生活。新典藏的基因递送资源为更精确的治疗奠定了基础，这些治疗只针对大脑、脊髓或脑血管中受影响的细胞。
该工具包可在包括Addgene在内的分发中心获取，Addgene是一个全球遗传研究工具供应商。此出版物汇集向研究人员提供这些工具的标准操作程序和用户指南。
该项工作得到了NIH的脑研究通过先进创新神经技术项目的支持。四年前发放的资金启动了一个大规模团队项目，旨在设计可以对许多研究实验室有用的新分子工具。精准大脑细胞访问的武器库旨在开发对大脑和脊髓实验研究模型中的细胞和电路的精确和可重复访问。该大规模项目汇聚了分子生物学、神经科学和人工智能（AI）领域的专家。八篇论文发表在《Neuron》、《Cell》、《Cell Reports》、《Cell Genomics》和《Cell Reports Methods》的5月21日的期刊上。
资助信息：UF1MH130701, UH3MH120096, U24MH133236, UF1MH128339, UM1MH130981, R01MH123620, U19MH114830, P510D010425, U420D011123, S10MH126994, UH3MH120094, UF1MH130881, F30DA053020, R01FD007478, U01AG076791, R35GM127102, RF1MH114126, UH3MH120095, RF1MH121274, R01MH113005, UH3MH120095。
更多信息： https://www.cell.com/consortium/brain-armamentarium
