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为解决动物模型研究神经肌肉接头（NMJ）的局限，研究人员开展 iPSC 构建 NMJ 模型的研究。结果显示，该模型能模拟 NMJ 功能，对神经毒素有响应。其意义在于可用于神经毒素效价检测和疾病建模，推动相关研究发展。
在生命科学领域，神经肌肉接头（NMJ）是神经系统与肌肉系统沟通的关键桥梁。它负责将运动神经元的信号传递给骨骼肌，从而引发肌肉收缩，维持人体正常的运动功能。然而，以往研究 NMJ 功能和相关疾病、毒素作用时，动物模型虽被广泛应用，但却存在诸多问题。一方面，动物的 NMJ 在形态、对毒素的反应等方面与人类存在显著差异，例如在对肉毒杆菌神经毒素（BoT）的反应上，不同物种的敏感度和作用机制就有所不同。这使得基于动物模型的研究结果难以准确外推到人类，限制了其在药物研发和疾病建模中的应用。另一方面，动物实验还面临着资源稀缺、实验规模难以扩大、实验通量低以及伦理道德等问题。这些问题犹如一道道障碍，阻碍着对 NMJ 相关领域的深入探索。
为了突破这些困境，来自国外研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于构建一个基于人类诱导多能干细胞（iPSC）的 NMJ 模型，期望通过这个模型更准确地模拟人类 NMJ 的功能，为神经毒素效价检测和疾病建模提供有力支持。研究取得了一系列重要成果，该模型不仅能够模拟 NMJ 的关键生物学特征，如神经元驱动的肌肉收缩，还对多种神经毒素表现出预期的反应，这表明其在研究 NMJ 功能和评估神经毒素方面具有潜在的应用价值。这项研究成果发表在《Current Research in Toxicology》上，为该领域的研究开辟了新的方向。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在细胞培养与分化方面，通过特定的培养体系和诱导分化方法，将 iPSC 分别分化为运动神经元和骨骼肌细胞，并进行共培养。在检测分析方面，采用电生理学技术，如全细胞膜片钳记录和多电极阵列（MEA）检测，来评估运动神经元的活性；利用免疫组化和共聚焦荧光显微镜技术，观察 NMJ 相关蛋白的表达和定位；借助 Mantarray 系统的磁传感技术，测量肌肉组织的收缩力。
下面来看具体的研究结果：
- 共培养 MN-SkM EMT 形成：研究人员开发了一种新的铸造工艺，能够高效地将神经球与成熟的工程化骨骼肌组织（EMT）进行共培养，成功率超 95%。同时，设计了激光二极管阵列，实现对共培养组织的蓝光刺激，为后续研究奠定了基础。
- iPSCs 分化为功能性运动神经元：成功创建了具有可诱导 ChR2 表达的 iPSC 细胞系，并将其分化为对蓝光敏感的功能性运动神经元。通过免疫染色和电生理学技术验证了这些运动神经元的功能和成熟度。
- MN-SkM EMT 的功能特性：比较了单独的 SkM-EMT 和 MN-SkM EMT 的功能，发现共培养后 MN-SkM EMT 的收缩力和松弛时间发生变化，且部分 MN-SkM EMT 有自发活动。此外，MN-SkM EMT 对蓝光刺激有明显的收缩反应，平均抽搐力为 34.7 ± 22.7 μN，捕获率达 92.5 ± 16.7%。
- 组织学分析：对 MN-SkM EMT 进行组织学检查，发现关键的突触前和突触后标记物存在共定位现象，但共定位并不完全，表明形成的 NMJ 尚不成熟。
- 神经毒素对 MN-SkM EMT 的影响：用 BoT/A 处理 MN-SkM EMT，其功能呈剂量和时间依赖性降低，EC50值为 0.11 ± 0.015 μg。用乙酰胆碱芥子气（AChM）和筒箭毒碱（Tubocurarine）处理，能快速阻断神经元诱发的功能，且在药物洗脱后功能有所恢复。
研究结论和讨论部分表明，该研究构建的 iPSC - 基于的 NMJ 模型具有重要意义。在模型构建方面，开发的原位球状体生成方法简化了共培养流程，提高了实验的可操作性和重复性；激光二极管阵列实现了对大量组织的同时刺激，提高了实验通量。在功能验证方面，模型对多种神经毒素的反应表明，其能够模拟体内 NMJ 对毒素的响应机制，为神经毒素的研究提供了可靠的平台。此外，该模型在肉毒杆菌毒素效价检测方面展现出良好的应用前景，其检测结果的重复性高，有望替代传统的小鼠致死生物测定法。不过，该模型也存在一定的局限性，如依赖表达光敏感视蛋白的细胞，限制了其在模拟复杂遗传疾病中的应用。未来，研究人员可通过探索病毒转导等方法，进一步优化模型，拓宽其应用范围。总体而言，这项研究为神经肌肉接头相关的研究提供了新的工具和思路，推动了该领域的发展，对神经毒素研究、药物研发和疾病建模等方面都具有重要的参考价值。
