《The Journal of Physiology》：Transport-related effects on intrinsic and synaptic properties of human cortical neurons: A comparative study
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本文系统比较了手术现场（on-site）与运输至异地实验室（off-site）后人类皮层神经元的电生理特性差异。研究发现，虽然动作电位发放模式基本保留，但运输会导致锥体细胞静息膜电位（Vrest）去极化、基强度电流（rheobase）降低，快发放中间神经元（FS interneurons）动作电位半宽（AP half-width）变窄、振幅增大，自发性兴奋性突触后电位（sEPSP）振幅减小以及大节律性去极化（LRD）事件减少。这些变化提示运输过程中的机械应激和神经调质环境改变可能影响神经元兴奋性和突触效能，强调优化运输方案对保持人脑组织研究数据可靠性的关键意义。
引言
人类皮层微环路研究日益受到神经科学界关注，涵盖细胞功能、特定细胞类型、网络活动发生与调制以及生理和病理条件机制等多个方向。由于人脑组织样本需从手术室获取并运输至实验实验室，运输时长从数分钟到数小时不等，因此优化样本运输条件以保持组织完整性至关重要。本研究通过比较现场记录与异地记录（运输约40公里，30–40分钟）的设定，系统评估运输过程对人类皮层神经元内在特性和突触特性的影响。
方法
伦理批准与样本准备
研究获亚琛大学伦理委员会批准（EK-067/20），所有患者签署知情同意书。使用32次手术获得的脑组织样本（15名女性，17名男性，年龄9–75岁），其中17例为药物难治性癫痫，15例为肿瘤切除。组织样本主要来自颞叶（n=19），其余来自额叶（n=10）和顶叶（n=3）。组织块在冰冷却的基于胆碱的人工脑脊液（aCSF）中于5–10分钟内运送至实验室。
切片制备与运输
切除蛛网膜和软脑膜后，组织块修剪为垂直于皮层表面的方向，用振动切片机制备300微米厚切片。切片在32–33°C孵育30分钟后置于室温aCSF中。运输至于利希研究中心时使用定制切片保持器或充满氧饱和aCSF的50毫升离心管，持续以95% O2和5% CO2充氧，温度维持在20–25°C。
全细胞膜片钳记录
在现场和异地实验室使用几乎相同的设置进行全细胞记录。电极电阻5–10 MΩ，信号采样率10 kHz，滤波2.9 kHz。电极内液含生物胞素用于记录后组织学处理。通过细胞体形态、动作电位发放模式和形态学特征区分锥体细胞和中间神经元。
组织学处理与形态学重建
记录后切片用4%多聚甲醛固定，进行生物胞素染色，使用Neurolucida软件进行神经元三维形态学重建，并对树突棘密度进行分析。
数据与统计分析
使用Igor Pro软件分析电生理信号，包括静息膜电位、输入电阻、膜时间常数、动作电位参数、自发性突触活动等。采用Wilcoxon-Mann-Whitney U检验、线性混合效应模型等进行统计分析。
结果
神经元存活与基本电生理特性
运输后60小时内神经元保持活力，但被动膜特性如输入电阻（Rin）降低。锥体细胞（n=25现场，n=20异地）保持规则发放伴频率适应，但异地记录的锥体细胞静息膜电位去极化（-75.2±5.5 mV现场 vs -67.6±6.7 mV异地），基强度电流降低（99.2±34.8 pA现场 vs 69.5±48.0 pA异地），最大发放频率增加（18.2±3.8 Hz现场 vs 29.0±9.0 Hz异地）。FS中间神经元（n=14现场，n=13异地）动作电位半宽变窄（0.32±0.08 ms现场 vs 0.23±0.04 ms异地），振幅增大（82.0±7.4 mV现场 vs 97.9±9.7 mV异地）。
突触特性与网络活动
锥体细胞sEPSP频率和振幅在现场与异地记录间无显著差异。FS中间神经元sEPSP频率无变化，但振幅显著降低（2.05±1.08 mV现场 vs 1.02±0.33 mV异地）。自发性大节律性去极化（sLRD）发生率在现场记录神经元为10%，异地仅为3%。去甲肾上腺素（NE）诱导的LRD（iLRD）发生率在现场为21%，异地降至7%。
形态学分析
锥体细胞和FS中间神经元的树突结构在现场与异地记录间无显著差异。但锥体细胞顶树突 oblique和tuft分支的树突棘密度在异地记录中显著降低。
讨论
研究表明，虽然运输后神经元整体发放能力得以保留，但特定内在特性、突触效能和网络活动发生改变。这些变化可能与运输过程中的机械应激、能量代谢压力、氧化应激及神经调质洗脱有关。优化运输条件（如改进切片保持器、抗振动运输、使用人脑脊液替代aCSF）有助于保持组织完整性。研究结果强调了在利用离体人脑组织进行突触可塑性和网络动力学研究时，考虑运输效应的重要性。
作者简介
关晓琪（Guanxiao Qi）在亚琛大学获生物学博士学位，现为于利希研究中心研究员，致力于通过单/双膜片钳记录研究人类皮层神经元的电生理和形态学。杨丹青（Danqing Yang）在亚琛大学获神经科学博士学位，现为于利希研究中心博士后，研究神经调质和疾病相关遗传变异如何影响神经元兴奋性和微环路功能。Aniella Bak是亚琛大学医院神经科学博士后，专注于癫痫和胶质母细胞瘤的器官型脑片模型，致力于减少动物测试并改进神经系统疾病的临床前建模。
