分别比较两个发育阶段暴露后的持续变化

德国美因茨大学医学中心等团队在 Cellular and Molecular Neurobiology 研究了丙泊酚对脑类器官的影响。团队从 H1 人胚胎干细胞建立模型,分别在培养第 47–50 天或第 77–80 天加入 50 μM 丙泊酚,随后撤药培养 10 天,在第 60 天或第 90 天检测。

研究共登记 68 个类器官,用于药物浓度、乳酸、神经电活动和转录组等不同实验。电生理部分使用 32 个类器官、来自 2 批培养;对照加入与药物组相同的 0.5% DMSO。

这里的给药方式是一次加药后保留 72 小时,再撤药观察。作者把它称为 intermittent propofol exposure;具体操作关注的是暴露和撤药两个阶段的综合影响。

模型内浓度先高后低,生长指标无显著差异

气相色谱—质谱测量显示,给药 1 小时后模型内丙泊酚约为 172.9 ng/mg,72 小时后降至 6.1 ng/mg。作者把模型内先高后低的浓度与药物脂溶性联系,并讨论了模型内部可能形成的浓度梯度。

两个阶段的生长倍数,在丙泊酚和对照组之间均无统计显著差异。较早阶段模型在给药结束和撤药后测得的乳酸释放也没有显著改变;这两项检测未显示丙泊酚暴露后的持续变化。

较早阶段的放电频率在撤药后升高

第 60 天模型可检测到 NeuN 阳性神经元和 GFAP 阳性细胞,高密度多电极阵列记录到自发放电。2 μM 河豚毒素能消除这些放电,支持信号来自神经元动作电位。

撤药后的第 60 天模型,放电频率高于同阶段对照;第 90 天模型则没有出现同样的处理组差异。未给药模型从第 60 天到第 90 天的神经活动也增加,提示培养成熟度是比较中的重要条件。

转录组分析在两个处理阶段分别得到 44 个和 69 个差异基因。较早阶段上调的 34 个基因,也出现在未给药模型从第 60 天到第 90 天的发育性上调基因中;作者据此提出,早期暴露可能推动了部分成熟相关过程。

脑类器官神经标志染色及不同发育阶段撤药后的多电极阵列记录。

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脑类器官神经标志染色及不同发育阶段撤药后的多电极阵列记录。(Sudena Wang et al. / Cellular and Molecular Neurobiology, 2026, Fig. 3;CC BY 4.0;PMC)

电活动与转录结果支持的解释范围

作者把较早阶段放电增加与突触相关基因变化联系,但较晚阶段的转录变化没有对应同样的放电效应。相关表达变化尚未在蛋白层面验证;研究也未检测活化 caspase-3、活性氧及线粒体膜电位等具体损伤指标。

论文 RNA 测序方法列出的参考为 GRCm38 和 mm10,这与所用人源类器官的物种不一致,主文未解释这一记载。电生理实验的阶段差异有独立测量支持,而这处方法记载使转录组分析所用的物种参考不清楚。

作者还指出,第 90 天模型存在坏死核心,可能影响功能;下一步希望采用更复杂的模型,并比较剂量、暴露时长和不同成熟阶段。当前结果主要反映这套 50 μM、72 小时给药及 10 天撤药条件下的持续变化。

来源与延伸阅读

  1. Intermittent Propofol Exposure Induces Neurodevelopmental Alterations in Human Brain Organoids. Cellular and Molecular Neurobiology (2026). ↗