从患者细胞追踪运动神经元的电活动
运动神经元的兴奋性变化能否成为药物筛选指标？2014 年，Cell Reports 发表的一项研究将肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）患者的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）分化为运动神经元，用电生理记录识别疾病相关表型，再检验降低兴奋性的药物是否影响神经元存活。
初始比较使用 2 名健康供者和 2 名携带 SOD1 A4V 变异的患者细胞。团队在多电极阵列上培养神经元并记录自发放电。患者模型的放电次数和平均放电频率较高，这种差异在按相同细胞数量培养及多次独立分化中均可观察到。
研究者随后将其中一个患者细胞系的 SOD1 变异纠正，保留相同遗传背景。纠正后的运动神经元不再呈现同样的高兴奋性，支持 SOD1 A4V 变异与该表型的联系。
膜片钳把兴奋性变化与钾电流联系起来
多电极阵列记录培养物的整体活动，膜片钳则用于比较单个运动神经元的电流和动作电位。团队通过 Hb9 报告信号识别运动神经元，在缓慢增加注入电流时，患者细胞产生的动作电位更多。
患者细胞的延迟整流钾电流密度较低，健康和患者组分别为 137 和 94.4 pA/pF；相应检测涉及 23 和 25 个神经元。两组峰值钠电流没有显著差异。纠正 SOD1 变异后，钾电流和兴奋性也得到恢复。
这些结果促使团队测试瑞替加滨（retigabine）。该化合物激活 Kv7 钾通道，研究者希望借此提高神经元产生动作电位的门槛，降低异常放电。
急性用药降低自发放电
在膜片钳实验中，10 μM 瑞替加滨使运动神经元产生动作电位所需的最小注入电流增加约 3.6 pA，并使静息膜电位向更负方向变化约 6 mV，自发放电停止。实验同时使用谷氨酸、GABA 和甘氨酸受体阻断剂，支持药物直接影响细胞本身的兴奋性。
团队再用多电极阵列建立浓度与放电抑制的关系。两个 SOD1 A4V 模型合并分析得到的半数有效浓度为 1.5 μM，检测比较用药前后各培养孔的自发动作电位次数。
约 2 周处理增加 SOD1 模型的存活神经元
存活实验将神经元铺在小鼠原代皮层胶质细胞上，连续给予 1 μM 瑞替加滨约 2 周。第 30 天固定培养物后，计数同时表达 ISL 和 TUJ1 的运动神经元，并以各细胞系第 3 天的数量归一化；计数者不知道细胞系身份。
SOD1 A4V 模型的神经元数量较溶剂对照增加 25.3%，达到显著差异；健康对照增加 6.1%，未达显著。实验来自 4 次独立分化，包含 9 个患者模型培养实验和 11 个健康对照培养实验。
研究者还检测了内质网应激相关指标。2 周处理后，XBP1 剪接减少，PUMA 转录本下降，EIF2B3 转录本增加。这些变化为药物改善存活的作用过程提供了进一步线索。
扩展遗传背景后，放电抑制仍可观察到
扩展比较纳入 8 名 ALS 患者和 5 名健康供者的细胞，患者携带 SOD1、C9orf72 或 FUS 相关变异。三个遗传类别的模型均呈现较高的自发放电，瑞替加滨可抑制各类别模型的放电；另一 Kv7 激活剂氟吡汀也显示抑制作用。
不同实验回答的问题各有侧重：扩展队列用于比较兴奋性与用药反应，存活改善则在 SOD1 A4V 模型中检测。作者也指出，培养时间、细胞成熟度和胶质细胞环境会影响兴奋性表型，后续需要在更广泛的患者背景中继续检验。