胚胎期中脑的形态结构发育与三维重构模型的研究

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中脑是人体中枢神经系统重要的组成部分之一,中脑区域的损伤会导致帕金森氏综合征、精神分裂症、儿童多动症等神经行为疾病。中脑内的红核、黑质、腹侧被盖区都与躯体的运动行为、控制调节有关,导水管周围灰质与疼痛机制有关。现如今前人已经通过切片技术以及计算机技术探究了出生后中脑内重要区域的形态结构特征,对于胚胎期中脑的一个整体以及内部相互关联结构的形态发育以及变化所知甚少。我们以ICR小鼠作为研究对象,制备E14、E16、E18天胚胎中脑的连续切片,和成年小鼠的中脑:(1)首先对不同时间点中央导水管周围灰质、红核、黑质、腹侧被盖区形态以及细胞构筑变化进行观察;(2)利用三维重构技术重构出中脑,以及中脑内的中央导水管、红核、黑质、腹侧被盖区的三维模型,并进行观察与测量(3)制备中脑组织脱细胞支架,对支架基本参数进行测定。具体研究结果如下:(1)胚胎中脑的整体发育。E14天时,导水管周围灰质、红核、黑质、腹侧被盖区区域形成。E16天,各区域形态变化如下,导水管周围灰质区域分化,形成4个分区。红核往两侧延伸发育变大。黑质细胞进一步分化,形成黑质致密部和黑质网状部区域。腹侧被盖区缓慢往下偏移,于底端两侧与黑质连成一片。到E18天,各区域进一步分化发育,导水管周围灰质区域变宽。红核区域进一步增大。黑质区域扩大,与腹侧被盖区分开。腹侧被盖区进一步往下移动并在该区域的底部往两侧生长。(2)不同时间点中脑以及内部核团的三维重构,以及测量的参数。E14天中脑形态近似锥形。到E16天中脑整体形态在原有的锥形基础上继续扩张生长,体积增加了118.7%。E18天中脑进一步增大,比E16增加了41.4%。E14天中央导水管管腔较大。到E16天导水管管腔变小,缩小了42.8%。到E18天中脑进一步缩小,缩小了30.2%。红核、黑质、腹侧被盖区皆位于导水管腹侧,相互之间距离较近。随着中脑的扩张发育,上述结构随着中脑往腹外侧移动生长发育,体积都不断增加。E14天,红核、黑质、腹侧被盖区的体积较小,随着发育的进行,体积不断增加,到E16天分别增加了581.1%、218.7%、51.1%。到E18天,分别比E16天增加了43.2%、22.2%、162%。(3)脱细胞支架的制备以及物理参数的测定。所得脱细胞支架内细胞已被大部分清除,内部呈三维孔状结构,空隙大小相近,孔隙率达88.12±0.16%,孔壁厚2.319±0.101μm,支架与神经干细胞共培养可观察到细胞可黏附于支架进行生长,有较好的细胞相容性。本论文的研究结果表明:(1)中脑所有细胞均来自于神经管形成的导水管的基板和翼板的细胞,中脑在E14天已经形成重要的神经核团区域,随着时间的进行,中脑以及神经核团继续分化发育形成成熟的中脑结构;(2)中脑内,除了中脑导水管,所有重要的内部结构都随着中脑体积的增大而增大;(3)获得了制备中脑脱细胞支架的基本条件参数。
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